Caldeiras Apostila

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ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento - GTR.O 
 
 
 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
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ÍNDICE 
1. CONSIDERAÇÕES GERAIS ................................................................................................... 5 
1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR ....................................................... 6 
2. COMPONENTES CLÁSSICOS ............................................................................................... 7 
3. TIPOS DE CALDEIRA ............................................................................................................. 9 
3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES ................................................................................... 11 
3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS .......................................................................................... 12 
3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS ................................................................................................ 16 
3.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES ..................................................................................... 18 
3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS ................................................ 19 
3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS ............................................ 21 
3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES. ............................ 24 
3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA FORÇADA .............................................. 25 
3.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS .................................................................................................. 27 
3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS ............................................................................. 28 
4. FORNALHAS ......................................................................................................................... 31 
4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS .............................................................................. 31 
4.2 FORNALHAS SOB SUPORTE ............................................................................................ 32 
4.2.1 FORNALHA DE SUPORTE ESTÁTICO ......................................................................... 32 
4.2.2 FORNALHA DE SUPORTE MOVIMENTADO .............................................................. 39 
4.3 FORNALHA DE QUEIMA EM SUSPENSÃO ................................................................... 43 
4.3.1 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS ....................................................... 43 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 2 
 
4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS ....................................................... 46 
4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS .......................... 48 
5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS ............................................................ 49 
5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA ................................................................ 49 
5.1.1 INJETORES ....................................................................................................................... 50 
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA .............................................................................................. 50 
5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS ............................................................................................... 51 
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO .................................... 52 
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA- 
DESLIGA. ........................................................................................................................ 52 
5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA MODULANTE .... 54 
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL .............................................................................. 58 
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO ........................................................... 59 
5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ..................................................................... 59 
5.4 VISOR DE NÍVEL ................................................................................................................ 60 
5.5 MANÔMETROS ................................................................................................................... 61 
5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA ..................................................................................... 63 
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA ....................................................................................... 63 
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA ....................................................................... 66 
5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE ........................................................................................ 67 
5.7.1 PRESSOSTATOS .............................................................................................................. 67 
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL .................................................................................................... 68 
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES ........................................................................................ 68 
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS ................................................................................................... 73 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 3 
 
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR ............................................................................................ 73 
5.7.4.2 ECONOMIZADOR ......................................................................................................... 76 
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES ............................................................................................... 77 
5.7.4.4 PURGADORES .............................................................................................................. 79 
6. TIRAGEM ............................................................................................................................... 80 
6.1 TIRAGEM NATURAL ......................................................................................................... 80 
6.2 TIRAGEM FORÇADA ......................................................................................................... 80 
6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA............................................................................. 81 
6.4 CONTROLE DE TIRAGEM ................................................................................................ 82 
6.5 CHAMINÉ ............................................................................................................................. 82 
7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL ....................................................................................... 83 
7.1 DEFINIÇÕES ........................................................................................................................ 83 
7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL LÍQUIDOS ... 85 
7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO ............................................................................ 86 
7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA ........................................................... 87 
8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS CALDEIRAS ................................................................. 88 
8.1 UNIDADES ADOTADAS .................................................................................................... 88 
8.2 ANÁLISE DA ÁGUA ........................................................................................................... 89 
8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS ............................................................................. 91 
8.3.1 TRATAMENTOSEXTERNOS......................................................................................... 91 
8.3.1.1 ABRANDAMENTO ....................................................................................................... 94 
8.3.1.2 DESMINERALIZAÇÃO ................................................................................................. 95 
8.3.1.3 DESGASEIFICAÇÃO .................................................................................................... 96 
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CALDEIRAS - 4 
 
8.3.1.4 REMOÇÃO DA SÍLICA ................................................................................................. 99 
8.3.2 TRATAMENTO INTERNO .............................................................................................. 99 
8.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................................ 99 
9. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................... 101 
 
 
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CALDEIRAS - 5 
 
1. CONSIDERAÇÕES GERAIS 
Atualmente, graças a todos os aperfeiçoamentos e a intensificação da produção 
industrial, a caldeira ocupa um lugar muito importante pois gera o vapor 
indispensável a muitas atividades, não só para movimentar máquinas mas também 
para limpeza (esterilização), aquecimento, e participação direta no processo 
produtivo, como matéria-prima. 
Além da indústria, outras empresas, utilizam, cada vez mais vapor gerado pelas 
caldeiras, como por exemplo: restaurantes, hotéis, hospitais, frigoríficos. 
Caldeira é um trocador de calor que, trabalhando com pressão superior à pressão 
atmosférica, produz vapor, a partir da energia térmica fornecida por uma fonte 
qualquer. É constituída por diversos equipamentos integrados, para permitir a 
obtenção do maior rendimento térmico possível e maior segurança. 
Esta definição abrange todos os tipos de caldeiras, sejam as que vaporizam água, 
mercúrio ou outros fluídos e que utilizam qualquer tipo de energia, inclusive a 
elétrica. 
Quase sempre, a fonte produtiva de calor é um combustível especificamente utilizado 
com esta finalidade mas podem ser aproveitados, também, entre outros calores 
residuais de processos industriais, escape de motores Diesel ou turbinas a gás. Neste 
caso, o equipamento é chamado "Caldeira de Recuperação". 
Algumas vezes, o fluído permanece no estado líquido, apenas com temperatura 
elevada para ser aproveitado nos processos de aquecimento (calefação), formando, 
deste modo, a linha de caldeiras de água quente. 
A produção de vapor pode ser conseguida, também, pela absorção da energia térmica 
desprendida pela fissão do urânio. 
O material contido neste trabalho, se refere, principalmente, às caldeiras que 
produzem vapor d’água, a partir de combustíveis sólidos ou líquidos. 
Para produzir o vapor d'água, é necessário que haja a combustão na caldeira. 
Quanto mais alta a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua nebulização, 
ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O preaquecimento do óleo 
combustível é fundamental para atingir os limites adequados de viscosidade 
necessários para uma boa pulverização. 
Tendo em vista a variação de viscosidade do óleo combustível, a temperatura de 
aquecimento não é fixa, devendo ser ajustada quando necessário. É importante 
salientar que esta temperatura não deve aproximar-se muito do ponto de fulgor do 
óleo combustível. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 6 
 
1.1. TERMOS LIGADOS AOS GERADORES DE VAPOR 
 CAPACIDADE DO GERADOR DE VAPOR 
É o quanto a caldeira produz de vapor, podendo ser representada por: 
a) quilo de vapor ou tonelada de vapor por hora (kgv/h,.tv/h). 
b) BHP - “boiler horse-power”, onde 1BHP  15,65 kg/h. 
c) Quilo de vapor por metro quadrado (kgv/m2 )de superfície de aquecimento. 
 SUPERFÍCIE DE AQUECIMENTO 
É a área de tubulação (placa metálica) que recebe o calor dos gases quentes 
responsável por vaporizar a água (m
2
). 
 CALOR ÚTIL 
É a parcela de calor produzida pelo combustível que se transferiu para a água 
formando vapor. 
 EFICIÊNCIA TÉRMICA 
É a relação entre o calor útil e o conteúdo térmico total do combustível queimado. 
T



m hv hv
m PCI
v s e
c
.
.
( )
 
m mV C
 
,
= vazão em massa de vapor fornecido, vazão em massa de combustível 
(kg/h). 
 
hvs, hve = entalpia do vapor de saída, entrada (kJ/kg) 
 
PCI = poder calorífico inferior do combustível queimado (kJ/kg). 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 7 
 
2. COMPONENTES CLÁSSICOS 
Atualmente os geradores de vapor de grande porte são constituídos de uma 
associação de componentes, de maneira a constituírem um aparelho complexo, 
principalmente quando destinados a queima de combustível sólidos que incluem 
superaquecedores, economizadores, préaquecedores de ar, captadores de fuligem, 
extratores mecânicos de cinza, e outros. As unidades menores destinadas a gerar 
vapor de calefação em pequenas e médias indústrias dispensam a quase totalidade 
dos componentes citados anteriormente. Assim sendo, os componentes clássicos das 
caldeiras são listados a seguir, com a ressalva que nem todos os componentes abaixo, 
necessariamente, fazem parte de todos os geradores de vapor. 
A. Cinzeiro 
Lugar onde depositam as cinzas e ou eventualmente restos de combustíveis que 
atravessam o suporte de queima sem completarem sua combustão. 
B. Fornalha 
Local onde se instala a início do processo de queima, seja para a queima de 
combustíveis sólidos, líquidos ou gasosos. 
C. Câmara de combustão 
Volume onde se deve extinguir toda a matéria combustível antes dos produtos de 
combustão atingirem e penetrarem no feixe de absorção do calor por convecção. 
Esta câmara por vezes se confunde com a própria fornalha dela fazendo parte, 
Outras vezes separa-se completamente. A câmara de combustão pode ser 
constituída pela própria alvenaria refratária, ou revestida de tubos (parede de 
água), ou integralmente irradiada. 
D. Caldeira de vapor 
Corresponde ao vaso fechado, à pressão, com tubos, contendo a água no seu 
interior, que ao receber calor se transforma em vapor 
E. Superaquecedor 
Responsável pela elevação da temperatura do vapor saturado gerado na caldeira. 
Todo o vapor ao passar por este aparelho se superaquece. 
F. Economizador 
Onde a temperatura da água de alimentação sofre elevação, aproveitando o calor 
sensível residual dos gases da combustão, antes de serem eliminados pela 
chaminé. 
G. Aquecedor de ar 
Também conhecido como pré-aquecedor de ar, cuja função é aquecer o ar de 
combustão para a seguir introduzi-lo na fornalha, graças ao aproveitamento do 
calor sensível dos gases da combustão. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 8 
 
 
H. Canais de gases 
São trechos intermediários ou finais de circulação dos gases de combustão até a 
chaminé. Estes canais podem ser de alvenaria ou de chapas de aço conforme a 
temperatura dos gases que neles circulam. 
I. Chaminé 
É a parte que garante a circulação dos gases quentes da combustão através de todo 
o sistema pelo chamado efeito de tiragem. Quando a tiragem, porém, é promovida 
por ventilador exaustor, sua função se resume no dirigir os gases da combustão 
para a atmosfera. Neste caso se diz que a tiragem é induzida. A circulação dos 
gases também poderá ser assegurada por um ventilador soprador de ar de 
combustão com pressão suficiente para vencer toda a perda de carga do circuito. 
Neste exemplo, a tiragem se diz forçada. 
Tomando por base a unidade mais complexa, a figura 2.1 permite identificaros 
componentes clássicos e o princípio de funcionamento da instalação. 
 
 
Princípio de funcionamento de uma unidade complexa com fornalha para queima de 
lenhas em toras 
Fig.2.1 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 9 
 
3. TIPOS DE CALDEIRAS 
Existem diversas formas para se classificar as caldeiras. Por exemplo, elas podem ser 
classificadas sob os seguintes aspectos: 
 Quanto à Localização Água-Gases: 
 A) Flamotubulares 
 Verticais 
 Horizontais 
 Fornalhas corrugadas 
 Traseira seca 
 Traseira molhada 
Observação: Todos os tipos acima com 1,2 ou 3 passes. 
 B) Aquotubulares 
 Tubos retos 
 Tubos curvos 
 Perfil A 
 Perfil D 
 Perfil O 
 Lâmina, cortina ou parede de água 
 C) Mistas 
 Quanto à Energia Empregada para o Aquecimento: 
 A) Combustíveis 
 Sólidos 
 Líquidos 
 Gases 
 B) Elétricas 
 Jatos-de-água 
 Eletrodos submersos 
 Resistores 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 10 
 
 C) Caldeiras de Recuperação 
 Gases de outros processos 
 Produção de soda ou licor negro 
 D) Nuclear 
 Quanto à Montagem: 
 A) Caldeiras pré-montadas (compactas) 
 B) Caldeiras montadas em campo 
 Quanto à Sustentação: 
 A) Caldeiras auto-sustentadas 
 B) Caldeiras suspensas 
 C) Sustentação mista 
 Quanto à Circulação de Água: 
 A) Circulação natural 
 B) Circulação forçada 
 C) Combinada 
 Quanto ao Sistema de Tiragem: 
 A) Tiragem natural 
 B) Tiragem forçada 
 C) Tiragem balanceada ou induzida 
Aguardaremos, neste trabalho, a classificação quanto à localização relativa água-
gases e, à parte, as Caldeiras Elétricas: 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 11 
 
3.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 
Este foi o primeiro tipo de caldeira construída. É também chamada de tubo-de-fogo, 
tubo-de-fumaça ou pirotubular, por causa dos gases quentes provenientes da 
combustão que circulam no interior dos tubos em um ou mais passes, ficando a água 
por fora dos mesmos. É o tipo de caldeira mais simples. Muito usada em locomotivas 
e navios, mesmo com o aparecimento de caldeiras mais modernas, este tipo ainda 
continua em uso.Posteriormente, com alguns aperfeiçoamentos, passou a chamar-se 
caldeira escocesa. 
Segundo o esquema, notamos que a caldeira tipo flamotubular não passa de um 
cilindro externo que contém a água e um cilindro interno destinado à fornalha. Sua 
tiragem ou saída de gases é normal. A carcaça é construída de chapas que variam de 
espessura de acordo com o porte da caldeira e a sua pressão pode variar entre 5 a 10 
quilogramas-força por centímetro quadrado, sendo que as maiores unidades atingem 
a produção de 6 tv/h, saturado e pressões não superiores a 17 kgf/cm
2
. Maiores 
produções e pressões determinam a utilização de caldeiras aquotubulares. 
Sucessivos estudos visando ao aperfeiçoamento das caldeiras revelaram que a 
temperatura oscilava entre 316 a 427
0
 (graus Celsius), que era perdida na chaminé. 
Resolveram aproveitar esta perda, a fim de reduzir o custo do combustível que, na 
época era o carvão mineral. 
O problema foi resolvido, aumentando a superfície de aquecimento da água 
colocando tubos em quantidade suficiente e forçando os gases quentes a passarem 
pelos tubos em passes, depois, pela tiragem na chaminé. Com isso, o rendimento foi 
aumentado, embora esse tipo de caldeiras não tivesse eficiência superior a 60%. 
Podemos, ainda classificar as caldeiras flamotubulares em: HORIZONTAIS E 
VERTICAIS. 
 
Fig.3.1 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 12 
 
3.1.1 CALDEIRAS HORIZONTAIS 
A) Caldeira Cornuália: 
Consta de um cilindro colocado inteiramente no sentido horizontal, ligando a 
fornalha até o local de saída dos gases. Seu funcionamento é simples, apresenta 
baixo rendimento e sua pressão não ultrapassa 10 Kg/cm
2 
(figura 3.1). 
B) Caldeira Lancaster: 
Sua construção é idêntica à Conuália, podendo apresentar de dois a quatro tubos 
internos.(figura 3.2) 
 
 Caldeira Cornuália e tipos de caldeiras lancaster, corte transversal 
Figura 3.2 
Estes tipos de caldeiras são chamados de tubo-de-fogo-direto; porque os gases 
percorrem os tubos da caldeira uma única vez. 
Dentro ainda das caldeiras flamotubulares horizontais de fogo direto existem as 
multitubulares, que contam com vários tubos internos conforme pode ser visto na 
figura 3.3. 
Há caldeiras que apresentam Tubos-de-fogo e de retorno; os gases desprendidos 
durante a combustão na fornalha, circulam por tubos que os fazem retornar ao 
lado da fornalha e em seguida para a chaminé. 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 13 
 
Caldeira flamotubular horizontal - multitubular 
Fig.3.3 
C) Caldeiras Multitubulares de Fornalha Externa: 
O aquecimento é feito diretamente na base do cilindro e os gases retornam pelos 
tubos-de-fogo. A fornalha pode ser construída em alvenaria e ocupa quase a 
extensão do cilindro (figura 3.4). 
 
 
Fig.3.4 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 14 
 
D) Caldeiras Locomotivas ou Locomóveis: 
Também é do tipo multitubular. Sua característica principal é a fornalha que 
apresenta uma dupla parede em chapa, por onde circula a água. Quando o 
combustível é lenha ou carvão, possui, na parte inferior um conjunto de grelhas 
que servem para manter a lenha em posição de queima e dar escoamento às cinzas. 
Estas são captadas em uma caixa colocada logo abaixo das grelhas, chamadas de 
cinzeiro. 
Quando se trata de locomotivas, o cinzeiro, além de ser um dispositivo de 
segurança, é também, um regulador de tiragem, tanto na locomotiva parada como 
em marcha. (Fig.3.5) 
O largo emprego deste tipo de caldeira se deve à facilidade de transferência de um 
local para outro, podendo ser acionada mecanicamente onde não houver energia 
elétrica. 
 
Fig.3.5 
 
E) Caldeiras Escocesas ou Compactas: 
Este tipo de caldeira teve largo emprego na Marinha, por ser construída de forma 
que todos os equipamentos colocados formam uma única peça. Seu diâmetro é 
bastante reduzido, sendo de fácil transporte e pode ser operada de imediato. Os 
gases produzidos na fornalha circulam várias vezes pela tubulação, sendo 
impulsionados por ventiladores. O combustível usado é unicamente óleo ou gás, 
podendo seu rendimento atingir a 83%. A figura 3.6 da um exemplo de caldeira 
escocesas com 3 voltas de chama. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 15 
 
As caldeiras escocesas apresentam diversas disposições construtivas (figura 3.7) 
contando com traseira molhada, traseira seca, dois e três passes, fornalha 
corrugada, para aumentar a superfície de troca térmica, podendo ter queima de 
óleo, gás ou combustível sólido. 
 
 
 
Fig.3.6 
 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 16 
 
 
Fluxo de gás em caldeiras tipo escocesa 
Fig. 3.7 
 
 
 
3.1.2 CALDEIRAS VERTICAIS 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 17 
 
Este tipo de caldeira tem as mesmas características da caldeira horizontal 
multitubular. 
Os tubos são colocados verticalmente dentro do cilindro e a fornalha interna fica no 
corpo do cilindro. Existem tipos cuja fornalha é externa. 
Esta caldeira é usada em locais onde o espaço é reduzido e não requer grandequantidade de vapor, mas alta pressão. 
Os gases resultantes da queima na fornalha sobem pelos tubos e aquecem a água que 
se encontra por fora dos mesmos. 
 
Fig. 3.8 
Podem ser de fornalha interna (figura 3.8) ou de fornalha externa. Geralmente as 
fornalhas internas são envolvidas por uma câmara de água formada pelo 
prolongamento do corpo cilíndrico, já as caldeiras verticais de fornalha externa são 
aplicadas principalmente quando é usado combustível de baixo PCI (bagaço de cana, 
casca de laranja, madeira, carvão, etc.) 
Atualmente a grande maioria das caldeiras flamotubulares em operação são 
automáticas ou semi-automáticas embora se encontre ainda pequenas caldeiras 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 18 
 
pirotubulares operando normalmente. Os dispositivos automáticos mais comumente 
encontrados são os alimentadores de água e de óleo.. 
3.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES 
Somente foi possível a obtenção de maiores produções de vapor, a pressões elevadas 
e altas temperaturas com o aparecimento das caldeiras aquotubulares (tubos de água). 
O fato dos tubulões estarem situados fora dos corpos das caldeiras, a eles se unindo 
para constituírem um feixe tubular de água que compõe a parte principal de absorção 
de calor, permite a obtenção de grandes superfícies de aquecimento. A figura 3.9 
representa uma seção transversal de feixe aquotubular unindo dois tambores, no 
interior dos tubos circula a água e por fora os gases quentes através do caminho 
formado pela alvenaria e chicanas internas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Circulação de água em uma caldeira aquotubular 
Fig.3.9 
A água é vaporizada nos tubos que constituem a parede mais interna. Recebendo 
calor primeiro, vaporiza e sobe até o tambor superior, dando lugar à nova quantidade 
de água fria que será vaporizada e assim sucessivamente. Esse tipo de circulação de 
água, provocada apenas pela diferença de peso específico entre a água ascendente e 
descendente, é característica das chamadas caldeiras com circulação natural. 
 
A medida que a caldeira aquotubular aumenta sua capacidade, aumenta também seu 
tamanho, quantidade de tubos e por conseqüência as perdas de cargas no circuito 
 Vapor
 nível de água
 tubulão de vapor
 tubulão de lama
 descarga
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 19 
 
hidráulico tornando a circulação por meio de bombas necessária, são as chamadas 
caldeiras de circulação forçada. 
A produção de vapor nestes tipos de caldeiras pode atingir capacidades de 600 até 
750 tv/h com pressões de 150 a 200 kgt/cm
2
, temperaturas de 450 - 500 
o
C existindo 
unidades com pressões críticas (226 atm) e supercríticas (350 kgf/cm
2
). 
A flexibilidade permitida pelo arranjo dos tubos que constituem os feixes ou parede 
d’água possibilitam um vasta variedade de tipos construtivos conforme veremos na 
classificação a seguir: 
- caldeiras aquotubulares de tubos retos, podendo, os tambores estarem colocados no 
sentido longitudinal ou transversal. 
- caldeiras aquotubulares de tubos curvos, que podem apresentar de um a mais de 
quatro tambores, no sentido longitudinal ou transversal. 
- Caldeiras aquotubulares de circulação positiva. 
3.2.1 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS RETOS 
Essas foram as primeiras caldeiras tubo-de-água que surgiram e tinham uma 
capacidade de produção de 3 a 30 toneladas-vapor/hora com pressões de até 45 
Kg/cm
2
. Os projetos foram apresentados pelas firmas Babcok & Wilcox e a Steam 
Muller Corp. 
Consiste em um feixe de tubos retos e paralelos que se interligam com o tambor de 
vapor, através de câmaras, sendo que através dos espaços existentes entre os tubos 
circulam os gases quentes. As figuras 3.10 e 3.11 são dois exemplos deste tipo de 
gerador de vapor com tambor longitudinal e transversal respectivamente 
 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 20 
 
 
Caldeira de tubos retos e tambor longitudional 
Fig.3.10 
 
Caldeira aquotubular de tubos retos e tambor transversal 
Fig.3.11 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 21 
 
A figura 3.12 apresenta uma das formas de fixação dos tubos mais usadas na 
fabricação de caldeiras. 
 
 
Feixe de tubos expandidos nas câmaras onduladas (coletores ondulados) 
Fig.3.12 
 
3.2.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES DE TUBOS CURVOS 
A principal característica deste tipo, são os tubos curvos que se unem aos tambores 
por solda ou madrilamento, o que representa grande economia na fabricação e 
facilidade na manutenção. Além de serem bastantes práticas para limpar, 
possibilitam a produção de grande quantidade de vapor. 
As primeiras caldeiras deste tipo foram idealizadas por Stirling. Apresentavam um 
número de tambores variados, e um grande volume de água. Na figura 3.13 
apresentamos um esquema desse tipo de caldeira, com três tambores superiores e 
um inferior, existindo modelos com dois tambores inferiores. 
Partindo deste modelo, foram projetadas novas caldeiras. Com o objetivo de se 
aproveitar melhor o calor irradiado na fornalha, reduziu-se o número e o diâmetro 
dos tubos, e acresceu-se uma parede de água em volta da fornalha o que serviu 
como meio de proteção ao refratário da mesma, diminuição da caldeira, eliminação 
total dos refratários de alta qualidade e vaporização mais rápida. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 22 
 
 
Fig.3.13 
A figura 3.14 representa uma caldeira com dois tambores transversais e parede de 
água, enquanto a figura 3.15 mostra uma caldeira com três tambores transversais. 
 
Fig.3.14 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 23 
 
 
Fig.3.15 
Dentro da categoria de tubos curvos cabe analizar em separado, uma versão que 
mantém grande projeção no mercado consumidor: a caldeira aquotubular compacta 
de operação totalmente automatizada, conforme esquema da figura 3.16. 
 
Corte de uma caldeira aquotubular compacta 
Fig.3.16 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 24 
 
Com produções até 100 toneladas de vapor por hora e obtenção de eficiência 
térmica elevada (até 80%), estas unidades são oferecidas para pronto 
funcionamento, dispensado a montagem no campo, fazendo apenas as interligações 
e instalações elétricas-eletrônicas e hidráulicas. 
Unidades não transportáveis num único pacote são fornecidas ou em blocos semi-
compactos ou em componentes unitários desmontados, de tal maneira que no local 
de instalação estes componentes são unidos para completar a unidade. 
3.2.3 CIRCULAÇÃO DA ÁGUA EM CALDEIRAS AQUOTUBULARES. 
Os aços aplicados na construção das caldeiras expostas aos gases quentes precisam 
ser continuamente resfriados por água ou mistura água-vapor para conservarem 
suas qualidades de resistência, pois até a temperatura limite de 450ºC para os aços 
carbonos comuns, 590ºC para os aços martensíticos e 650ºC para outras ligas 
martensíticas, estes materiais conservam suas propriedades mecânicas. 
Ultrapassando estes limites as propriedades destes materiais utilizados na 
construção de caldeiras começam a diminuir sua resistência mecânica. 
Assim sendo o resfriamento da superfície metálica que é submetida a tais 
temperaturas é vital para a segurança do equipamento. Cabe, portanto, a água este 
papel, seja no estado líquido, seja vapor, mediante uma circulação permanente, 
controlada e orientada. 
Numa unidade convencional a circulação da água se processa livremente, graças a 
tendência natural provocada pela diferença de pesos específicos existentes entre a 
águasituada nas partes mais frias da caldeira e aquela contida nas zonas de alta 
temperatura dos gases. A figura 3.17 apresenta quatro diferentes esquemas, cada 
um esclarecendo como se processa a circulação natural da água no interior dos 
tubos. 
Sabe-se que a circulação natural da água fica mais comprometida a medida que a 
pressão se eleva. Constata-se que o vapor a pressão de 35 kgf/cm
2
 pesa por unidade 
de volume 45 vezes menos que a água; à 140 kgf/cm
2
 7,5 vezes menos e a 210 
kgf/cm
2
 apenas 2,5 vezes. Dai concluí-se que a circulação controlada por meios 
forçados é fundamental nas caldeiras e altíssimas pressões, normalmente acima de 
160 kgf/cm
2
. 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 25 
 
 
 
Circulação Natural de água no interior dos tubos, diferentes concepções. 
Fig.3.17 
3.2.4 CALDEIRAS DE CIRCULAÇÃO POSITIVA FORÇADA 
Há dois tipos de concepções que se destinguem pelo sistema de circulação, todas 
utilizando como meio de circulação uma bomba centrífuga de construção especial, 
para resistir às altas pressões de operação das unidades. 
No 1º tipo, toda água introduzida na caldeira circula uma só vez, através do 
economizador, caldeira e superaquecedor, transformando-se diretamente em vapor. 
A bomba de alimentação injeta na caldeira exatamente a quantidade de vapor a 
produzir. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 26 
 
No 2º tipo, além da bomba de alimentação existe outra destinada a recirculação da 
água na caldeira. 
As caldeiras de circulação positiva apresentam inúmeras vantagens como a ausência 
de limite de pressão, e de capacidade, conhecendo-se exemplos com pressões 
supercríticas. Além disso apresentam dimensões menores, aplicam tubos de 
pequeno diâmetro (da ordem de 25 a 28mm), ausência de formação de depósitos 
internos, geram vapor instantaneamente, exibem rendimentos altos e dispensam 
grandes tambores. Em contrapartida exigem apurado controle da água de 
alimentação e manutenção cuidadosa na bomba de circulação associado a 
aperfeiçoados e sensíveis instrumentos de controle. 
A primeira concepção de caldeira de circulação forçada foi dada por Benson, a qual 
se caracteriza pela construção monotubular, através da qual circula a água 
unidirecionalmente, desde a entrada até a saída, já no estado de vapor, conforme 
esquema da figura 3.18 
 
Fig.3.18 
 
Existe também a caldeira Belser ou Sulzer, que é a mesma caldeira Benson 
acrescida de um tambor separador intermediário entre a seção geradora de vapor e o 
super aquecedor conforme figura 3.19. Este coleta cerca de 4% da água evaporada 
para aquecimento da água de alimentação. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 27 
 
A caldeira “Le Mont” aproveitou a idéia do tambor separador com bomba de 
recirculação (figura 3.20). A bomba de circulação opera com pressão superior a da 
caldeira consumindo de 0,5 a 0,6% da energia produzida pela própria caldeira. 
 
 Principio Sulzer Princípio Le Mont 
Fig.3.19 Fig.3.20 
3.3 CALDEIRAS ELÉTRICAS 
São basicamente constituídas pelo casco ou tambor, contendo uma cuba interna e os 
eletrodos, um por fase. O casco é um vaso de pressão, cilíndrico-vertical, isolado 
termicamente e convenientemente aterrado. A cuba é isolada elétricamente por 
meio de porcelanas adequadas. 
A alimentação de energia elétrica é feita através de três eletrodos-suportes, sendo 
um por fase, dispostos a 120
0
 e fixados com isoladores na parte superior do tambor. 
Na extremidade inferior das eletrodos suporte estão montados os eletrodos de 
contato, os quais ficam dentro da cuba imersos em água. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 28 
 
A corrente elétrica, passando através da água, no interior da cuba, provoca seu 
aquecimento e vaporização. 
A água pura é considerada um mau condutor de CORRENTE ELÉTRICA, 
portanto devem-se adicionar determinados sais à mesma para que se possa obter 
uma determinada CONDUTIVIDADE. 
Alguns fabricantes recomendam a adição cáustica ou fosfato trisódico na água de 
alimentação (observe que esta deve ser calculada e colocada após o tratamento 
químico da água de alimentação). 
A quantidade se vapor gerada (Kg/h) depende diretamente dos seguintes 
parâmetros: 
 - condutividade da água; 
 - nível da água; 
 - distância entre os eletrodos. 
3.3.1 TIPOS DE CALDEIRAS ELÉTRICAS 
a) Tipo Eletrodo Submerso: geralmente destinado a trabalhar com pressões de 
vapor não muito elevadas (aproximadamente 15 Kgf/cm
2
.). A figura 3.21 
mostra um dos possíveis esquemas, utilizando o sistema de eletrodos 
submersos a baixa tensão (220 a 440 V), existe também nessa modalidade a 
alta tensão (3800 a 13800 V). 
b) Tipo Jato de Água (cascata): destinada a pressões de vapor elevadas e 
grandes quantidades de vapor. Observe um dos possíveis esquemas na figura 
3.22, disponíveis apenas para alta tensão (3,8 a 13,8 kV). 
c) Tipo Resistência: destinada, geralmente, a pequenas produções de vapor. Na 
maioria das vezes são do tipo horizontal, utilizando resistências de imersão. 
 
 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS CALDEIRAS ELÉTRICAS 
- não necessita de área para estocagem de combustível; 
- ausência total de poluição (não há emissão de gases); 
- baixo nível de ruído; 
- modulação da produção de vapor de forma rápida e precisa; 
- alto rendimento térmico (aproximadamente 98,0%); 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 29 
 
- melhora do Fator de Potência e Fator de Carga; 
- área reduzida para instalação da caldeira; 
- necessidade de aterramento da caldeira de forma rigorosa; 
- tratamento de água rigoroso. 
 
 
 
 
Caldeira elétrica tipo eletrodo submerso (baixa tensão) 
Fig.3.21 
 
 
 
 
 
 
1 - Corpo da Caldeira 
2 - Eletrodo 
3 - Câmara de Vapor 
4 - Bomba de Circulação 
5 - Bomba de Alimentação de 
Água 
6 - Eliminador de Água 
7 - Válvula de Segurança 
 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 30 
 
 
Caldeira Elétrica tipo eletrodo jateado 
Fig.3.22 
 
Legenda: 
1- Válvula de Descarga de Fundo 8 - Eletrodo 
2 - Bomba de Circulação 9 - Cilindro com Injetores 
3 - Válvula Controle de Vazão 10- Injetores 
4 - Válvula de Segurança 11- Contra eletrodos 
5 - Haste do Condutor 12- Aquecedor de Partida 
6 - Isoladores 13- Entrada de Água de Alimentação 
7 - Válvula de Saída de vapor 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 31 
 
4. FORNALHAS 
Fornalha é a denominação genérica que se dá para o local onde se queima o 
combustível e donde partem os produtos desta combustão. É formada por duas 
partes distintas: 
1- O aparelho de combustão 
2- A câmara de combustão 
O aparelho de combustão compreende um conjunto de componentes que oferecem 
as condições necessárias para a queima de combustível. Exemplos de aparelhos de 
combustão são as grelhas rotativas, as grelhas basculante, o queimador a óleo, a gás, 
etc. 
A câmara de combustão é representada por um volume adequadamente 
dimensionado onde se desenvolve a chama e se completa a combustão, além de 
propiciar a proteção e os suportes necessários para o aparelho de combustão. 
A fornalha deve evaporar toda a umidade do combustível e destilar suas substâncias 
voláteis, elevar a temperatura do combustível até a combustão espontânea 
proporcionando uma combustão completa, criar turbulência para misturar o ar e o 
combustível e finalmente impedir a troca de calor entre os gases quentes produzidos 
e o ambiente. 
No interior da fornalha as paredes devem ser revestidas com uma camada de tijolos 
refratáriosresponsáveis por reter o calor no interior da fornalha, por isso devem ter 
refratariedade e alto ponto de fusão, resistência ao choque térmico e dilatação quase 
nula. 
A fixação desses tijolos é feita com argamassa refratária. Os principais 
componentes dos materiais refratários são o óxido de sílica, óxido de magnésio, 
grafite e silício. Recomenda-se, quando da utilização de tijolos refratários novos, 
que se aplique pouco calor nos primeiros momentos e se vá aumentando 
gradativamente, até atingirem suas características de operação. 
4.1 CLASSIFICAÇÃO DAS FORNALHAS 
Várias são as maneiras de se classificar este componente importante dos geradores 
de vapor, sendo assim optou-se pela classificação que engloba todas as fornalhas 
em apenas duas categorias: 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 32 
 
1- Fornalhas que queimam sobre suporte 
2- Fornalhas de queima em suspensão 
A primeira categoria engloba todas as fornalhas que queimam combustíveis sólidos 
à granel, grosseiramente divididos, picados e britados. 
A segunda se preocupa com a queima de combustíveis líquidos, gasosos ou sólidos 
finamente pulverizados que podem ser queimados em suspensão. 
4.2 FORNALHAS SOB SUPORTE 
As fornalhas sob suporte congregam uma série de concepções construtivas 
especificamente projetadas para a obtenção das melhores condições necessárias aos 
variados combustíveis disponíveis para a queima. 
Segundo a quantidade de combustível manipulado, seu grau de divisão e 
mecanização da alimentação, as fornalhas sobre suporte são subdividas em dois 
grupos: 
 fornalhas de suporte estático 
 fornalhas de suporte movimentado 
4.2.1 FORNALHA DE SUPORTE ESTÁTICO 
Neste grupo incluímos todas as fornalhas onde o combustível introduzido, 
permanece praticamente em repouso sob o suporte até sua completa extinção. Se 
enquadram nesse grupo, as seguintes fornalhas: 
 Fornalha de Grelhas Planas 
São adequadas para a queima de lenha em toras de um metro. A figura 4.1 mostra a 
instalação de uma grelha plana em caldeira flamotubular. 
O suporte todo costuma possuir ligeira inclinação para a parte posterior de 10 a 15 
graus para facilitar o manuseio do combustível durante os períodos de 
movimentação das toras a que são submetidos. 
A aplicação deste tipo de grelha é limitado à caldeiras com capacidade de gerar até 
15 tv/h. A partir desta capacidade o suprimento manual do combustível se complica 
o ponto de inviabilizá-lo. Projetos maiores, jamais deveriam adotar este sistema de 
queima sob pena de contribuir para o desperdício de reversas florestais 
comprometidas com outros programas mais coerentes com a economia da Nação. 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 33 
 
 
 
Grelha Plana : a- caixa de fogo; b- suporte da grelha; c- barras de grelha; d- ponte 
de fornalha 
Figura 4.1 
Fornalha de Grelha em Escada 
Como o nome sugere, esta grelha é construída por placas de FOFO, formando 
degraus, apoiados em travessões inclinados. O combustível é arrastado ou projetado 
no início do plano inclinado, desce até formar um monte equilibrado, preenchendo 
todo o suporte. A figura 4.2 apresenta quatro exemplos de grelha tipo escada. Em 
seguida na figura 4.3, apresenta-se algumas disposições construtivas dos travessões 
inclinados que servem de apoio às placas que compõem os degraus. 
Estas grelhas, quando alimentadas mecanicamente se prestam para caldeiras de até 
20 tv/h. Acima deste valor, há outros processos mais adequados e de mais fácil 
manutenção. 
 
 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 34 
 
 
 
 
 
Quatro exemplos de grelhas em escada 
Fig. 4.2 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 35 
 
 
Componentes da grelha de escada 
Fig. 4.3 
 
 Grelha Resfriada Inclinada 
É uma variante da grelha anterior e consta de um plano inclinado constituído pelos 
próprios tubos de circulação de água da caldeira. Esses tubos, afastados um do 
outro, cerca de 60 a 120 mm são soldados em dois coletores, um alimenta o feixe 
inclinado e o outro que recebe a água em circulação conectado com o resto da 
caldeira (figura 4.4). 
Aplicam-se em unidades geradoras de até 100 tv/h para a queima de qualquer 
biomassa, mesmo aquelas contendo teores de umidade superiores a 50%. Se 
prestam pois, para queimar cavacos de lenhas, resíduos florestais, resíduos 
industriais, cascas de cereais e outras bio-massas. 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 36 
 
 
Gerador de Vapor com Grelhas Inclinadas 
Fig. 4.4 
 Fornalhas Celulares 
Extremamente simples, versáteis e satisfatória quanto a performance, são 
verdadeiras câmaras de alvenaria refratária, sobre cujo piso, o combustível é 
despejado, formando um monte que recebe ar insuflado em todos os planos, 
proporcionando a secagem parcial e queima. São utilizados para queima de 
diferentes bio-combustíveis, como: cavacos, casca de madeira, serragem, cascas de 
cereais e de lenha, porém a aplicação mais generalizada tem sido na queima de 
bagaço de cana. A figura 4.5 mostra como opera uma fornalha deste tipo, 
identificando os tubeiros sopradores de ar, geralmente introduzidos com uma 
velocidade entre 8 a 15 m/s. 
 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 37 
 
 
Fornalha celular 
Fig. 4.5 
 Fornalhas com Grelhas Basculantes 
A figura 4.6 apresenta um projeto de caldeira com grelhas basculantes para queima 
de casca de arroz. As fornalhas desta categoria se aplicam para caldeiras de até 150 
tv/h 
Como se observa no desenho, a grelha é formada por piso plano constituído por 
placas perfuradas, observe que o ar ingressa por baixo do piso basculante. As placas 
se apoiam em travessões lisos que giram em torno de mancais laterais mediante a 
ação de um pistão pneumático, que também pode ser visto pela figura 4.7. A cada 
ação do pistão corresponde um basculante, durante o qual as cinzas caem no 
cinzeiro. Esta concepção construtiva possui alimentação de combustível sempre por 
projeção. Há dois tipos de distribuidores, um denominado aspegidor pneumático e 
outro mecânico (figura 4.7). 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 38 
 
 
Caldeira Aquotubular com Grelha Basculante 
Fig.4.6 
 
Aspegidor de Combustível Sólido Tipo Mecânico 
Fig. 4.7 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 39 
 
4.2.2 FORNALHA DE SUPORTE MOVIMENTADO 
Grande número de concepções construtivas se enquadram nesta segunda sub-
divisão de fornalhas de suporte. As principais características que se distinguem das 
anteriores, reside no seguinte: 
- alimentação contínua e mecanizada do combustível 
- suportes constituídos por componentes que percorrem toda extensão do plano 
inferior da fornalha com movimento contínuo assegurado por acionamento 
mecânico. 
De acordo com o mecanismo aplicado para provocar o deslocamento do 
combustível, distingui-se os seguintes tipos: 
- grelha caminhante por arraste; 
- grelha com alimentação por baixo; 
- grelha oscilante; 
- grelha com esteira contínua. 
 Grelha Caminhante por Arraste 
Trata-se de uma grelha inclinada constituída de elementos articulados que 
promovem um movimento alternativo das placas de suporte. Há placas móveis e 
fixas, todas apoiadas por estruturas de ferro fundido. As placas móveis, mediante 
ação de um mecanismo correm guiadas sobre as fibras, deslocando o leito do 
combustível no sentido do plano inclinado no movimento de vai e vem. O 
movimento é lento, de forma a provocar um deslocamento com velocidade de 
queima necessária à caldeira, esta grelha também é conhecida pelo nome de grelha 
vai e vem. 
 A figura 4.8 ilustra este tipo de grelha com inclinação aproximadade 20
o
 em que a 
rosca sem fim (a) força o carvão sobre as barras de suporte (b) apoiadas nas vigas 
de acionamento (c) movimentadas por uma engrenagem regulável (d) que lhe 
confere o movimento de vai e vem. O cilindro (e) é responsável por projetar a 
escória mais leve ao reservatório de escória (i) que recebe também detritos da 
grelha pela saída (k). O ventilador (f) introduz o ar de combustão que penetra na 
grelha pelas câmaras de corrente de ar inferior (g); regulado por “dampers” através 
do controle da corrente de ar inferior (h). Bocais de ar (l), localizados acima da 
grelha, auxiliam na queima do pó de carvão em suspensão e do coque volátil. 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 40 
 
 
Fig. 4.8 
 Grelha de Alimentação por Baixo 
O combustível é admitido por meio de uma rosca (a), acionada por motor elétrico 
(h) com transmissão por engrenagens (g), que continuamente projeta o combustível 
na parte inferior da grelha. A grelha (c) propriamente dita é inclinada e 
transversalmente apresenta dupla inclinação de ambos os lados do, canal central (b), 
de forma que o combustível caminhe do centro para os lados, onde é totalmente 
queimado sobre a grelha de combustão (d), conforme representação na figura 4.9 
(seção A-B). 
O carvão, a medida que é forçado a subir para as partes superiores do leito, vai se 
aquecendo eliminando os voláteis e incandescendo-se. Atingindo o topo do leito, o 
carvão rola sobre si mesmo lateralmente até sua extinção total na grelha de 
combustão. As laterais recebem as cinzas que são basculadas por meio de alavancas 
(e), caindo em seguida nos cinzeiros. A escória é direcionada para a saída f da 
figura 4.9. 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 41 
 
 
Fig. 4.9 
 
 Grelha Oscilante 
São grelhas que provocam o caminhamento do combustível sob o suporte, graças a 
impulsos produzidos por mecanismo oscilante (figura 4.10). 
 
Grelha com Movimento Oscilatório 
Fig. 4.10 
 
 
CALDEIRAS 
 
 
CALDEIRAS - 42 
 
O suporte é constituído por placas perfuradas, uma ao lado da outra, formando um 
piso ligeiramente inclinado para o fundo. Estas placas são fixadas em barras, as 
quais, por sua vez, se reúnem a lâminas flexíveis. 
Estas lâminas flexíveis, no lado oposto às barras, são rigidamente fixadas a uma 
estrutura solidamente chumbada no concreto da fundação. A grelha é adaptável para 
a queima de qualquer combustível de biomassa e do carvão com médio e baixo teor 
de cinzas. Carvão com alto poder calorífico, fundem as placas e inutilizam a 
fornalha, fato este que tem limitado sua aplicação. 
Modelo mais avançado é a grelha oscilante resfriada que queima carvão com alto 
poder calorífico pois contém, junto ao piso da grelha tubos resfriados pela própria 
água da caldeira além de apresentar na sua parte inferior compartimentos por onde 
passa o ar de combustão. 
 Grelha com Esteira Contínua 
Também conhecidas como grelha rotativa, lembra um transportador, onde os óleos 
das correntes recebem as placas perfuradas que formam o piso do leito. Foram 
concebidos com a finalidade de desempenhar automaticamente boas condições de 
carregamento, distribuição do combustível e extração de cinzas (figura 4.11). 
 
Fig. 4.11 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 43 
 
Entre todas é a de montagem mais complexa porque envolve uma mecanização mais 
elaborada, são utilizadas para aplicação em caldeiras de produção superiores a 39 t/h 
até 150 t/h. 
4.3 FORNALHA DE QUEIMA EM SUSPENSÃO 
São as fornalhas usadas quando se queima óleos , gases ou combustíveis sólidos 
pulverizados, utilizando para tal, equipamento especial chamado maçarico ou 
combustor, responsável pela dispersão do combustível na fornalha de forma 
homogênea. Cada classe de fornalha emprega queimadores especiais para proporcionar 
as condições de queima adequada. Conforme o tipo de combustível empregado, 
podemos ter: 
- queimadores de combustíveis líquidos; 
- queimadores de combustíveis gasosos; 
- queimadores de combustíveis sólidos pulverizados. 
4.3.1 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
Os combustíveis líquidos são queimados nas câmaras de combustão, sempre em 
suspensão, na forma pulverizada por meio de vários processos. 
a) Pulverização a ar - O óleo escoa por gravidade ou por impulsão de uma bomba de 
baixa pressão, o ar é insuflado por ventilador, sendo o veículo responsável pela 
pulverização do óleo em gotículas (figura 4.12) 
 
Maçarico a Óleo Com Pulverização a Ar 
Fig. 4.12 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 44 
 
Conforme a pressão do ar, os queimadores são denominados de baixa pressão (até 500 
mmca) ou de média pressão (da ordem de 100 mmca). São indicados para unidades de 
pequeno porte, queimando uma quantidade máxima de 50 kg óleo/h. O ar de 
pulverização, denominado ar primário, representa 20% do ar total necessário à 
combustão. Opera com 30 a 40% de excesso de ar e apresentam uma pulverização não 
uniforme, dificultando a regulagem da queima. Uma concepção mais moderna deste 
tipo, procura dar uma rotação aos dois fluxos, o que tem permitido uma melhora na sua 
performance (figura 4.13). 
 
Queimador de Ar Comprimido com Rotação do Fluido Auxiliar Primário 
Fig. 4.13 
 
b) Pulverização a vapor - Substituem o ar pelo vapor produzido na própria caldeira, 
promovendo uma pulverização mais fina e fortemente acentuada pelo aquecimento. 
Tem o inconveniente de parte do calor produzido na combustão ser consumido pelo 
vapor, quando este for saturado (figura 4.14). 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 45 
 
 
Maçarico a Óleo com Atomização a Vapor 
Fig. 4.14 
 
 
Queimador de Copo Rotativo 
Fig. 4.15 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 46 
 
Uma versão melhorada do princípio acima exposto é o queimador de “copo rotativo”, 
largamente aplicado nos geradores de vapor limitados à capacidade de queima de 500 
kg óleo/h, embora alguns tipos especiais com alta rotação (10000 rpm) chegam a 
capacidade de 3000 kg óleo/h. O funcionamento baseia-se na formação de um filme de 
óleo no interior de um copo tronco cônico girando a alta rotação (3600 rpm), que 
projeta o combustível na forma de um anel cônico de encontro a um fluxo de ar 
rotativo de alta pressão. A colisão de ambos fluidos provocam simultaneamente a 
pulverização e a mistura do combustível com o comburente (figura 4.15). 
c) Pulverização mecânica: Caracterizados pela ausência completa de peças rotativas, 
garantindo a pulverização do óleo por escoamento estrangulado em alta velocidade 
através de orifícios de pequenas dimensões (figura 4.16). A energia necessária para o 
líquido atravessar o orifício em alta velocidade é mantida por uma bomba de 
engrenagens. 
 
Fig.4.16 
4.3.2 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
Graças ao estado gasosos, o gás é o combustível mais simples de ser queimado pois a 
mistura com o comburente se processade forma muito mais fácil do que com qualquer 
outro combustível, podendo ter sua velocidade de ignição consideravelmente 
aumentada mediante pré aquecimento do suprimento do comburente. Basicamente 
distinguem-se dois tipos: 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 47 
 
 queimadores de mistura 
 queimadores de difusão. 
Os primeiros promovem a mistura do ar com o gás antes de injetá-los na câmara de 
combustão (figura 4.17), já os queimadores de difusão tem por princípio injetar ambos 
os fluidos separadamente, proporcionando a mistura de ambos no interior da câmara de 
combustão, tendo concepções que insuflam cada fluido em correntes paralelas (figura 
4.18.a), cruzadas (figura 4.18.b) ou ainda turbulentas (figura 4.18.c). 
 
Queimador de Mistura, Esquemático 
Fig.4.17 
 
 (a) (b) (c) 
 
Esquema dos tres tipos de Queimadores de difusão: a) em correntes paralelas, b) 
cruzadas e c) turbulentas. 
Fig.4.18 
Existem também queimadores de difusão para queimar a combinação de gás e óleo é 
até carvão pulverizado, encontrados nas grandes unidades geradoras de vapor. 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 48 
 
4.3.3 QUEIMADORES DE COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS PULVERIZADOS 
A utilização dos combustíveis sólidos apresentam como exemplo mais importante o 
carvão mineral utilizado nas grandes unidades geradoras de vapor das centrais Termo 
Elétricas. Há contudo, outras matérias orgânicas pulverizadas e resíduos de processos 
industriais que servem a queima, como é o caso do bagaço de cana, o bagacilho, a 
borra de café, a serragem e resíduos florestais macerados, que são reduzidos a 
tamanhos de alguns milímetros e queimados em suspensão, quando insuflados na 
câmara de combustão. 
A figura 4.19 mostra, de forma esquemática um queimador a carvão pulverizado tipo 
ciclone que associa a injeção pneumática com a formação de forte movimento 
vorticoso no interior da câmara de combustão, existindo concepções mais modernas 
que distribui os queimadores (geralmente em número de quatro) tangencialmente à 
câmara de combustão. 
O processo possibilita a queima de combustíveis sólidos finos de carvão com alto teor 
de cinzas, aproveita os finos resultantes da preparação do próprio carvão e admite a 
queima de grandes quantidades, assegurando sua aplicação nas grandes caldeiras, 
possibilitando uma larga faixa de controle de combustão. 
 
Fig.4.19 
Em contrapartida apresenta algumas desvantagens, a principal representada pela maior 
facilidade das partículas escaparem para o meio ambiente, acompanhada da 
complexidade da aparelhagem de preparação do combustível, do consumo de energia 
para acionamento das máquinas e do calor dispendido na secagem do carvão. 
A redução parcial do tamanho das pedras de carvão para 10 a 20mm de diâmetro se 
processa com britadores de martelo. Após a britagem segue-se a secagem do carvão 
pelos mais variados aparelhos cilindrícos rotativos. Para a pulverização definitiva 
usam-se moinhos de rolos, de bolas ou cônicos e o transporte do pó de carvão efetua-se 
normalmente por via pneumática geralmente a alta pressão. 
 
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5. ACESSÓRIOS E DISPOSITIVOS DE CALDEIRAS 
5.1 APARELHOS DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA 
A cada quilograma de vapor extraído da caldeira, deve corresponder equivalente 
quantidade de água injetada. Não se verificando a reposição, o nível de água, no 
interior da caldeira, começa a baixar. Enquanto, as superfícies metálicas, expostas ao 
contato dos gases quentes, estiverem banhados pela água, nenhum dano ocorre ao 
equipamento. 
No momento porém, que o nível ultrapassar o limite mínimo ao estabelecido, 
compromete-se a segurança da unidade. Criam-se condições de ruptura das paredes 
metálicas ou mesmo de explosões devido o superaquecimento da placa metálica.Por 
essa razão, cabe ao operador, embora auxiliado pela automação do processo de 
alimentação, vigiar permanentemente o nível exibido pelo visor transparente existente 
na caldeira. 
A introdução da água, nos Geradores de Vapor, se faz com os aparelhos de 
Alimentação. 
Sob o ponto de vista termodinâmico, o aparelho de alimentação, realiza um trabalho 
representado pelo deslocamento de uma massa de água associada a uma pressão capaz 
de vencer as resistências oferecidas pelo circuito.A figura 5.1, apresenta um esquema 
típico de instalação de alimentação de água, com bomba centrífuga, controlada 
automaticamente por uma válvula. 
 Tubulão de vapor
 Válvula de controle
 Bomba de alimentação
 
Esquema de uma Linha de Alimentação de Água de Caldeira 
Fig 5.1 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 50 
 
5.1.1 INJETORES 
São equipamentos para alimentação de água usados em pequenas caldeiras de comando 
manual e também foram muito empregados em locomotivas a vapor. Seu princípio, 
simples, baseia-se no uso do próprio vapor de caldeira ou de ar comprimido que é 
injetado dentro do aparelho, onde existem os cônicos divergentes e as válvulas de 
retenção, de controle, e de sobrecarga, conforme figura 5.2. 
Quando o ar ou vapor passa pelos cônicos divergentes, forma vácuo, faz com que a 
válvula de admissão seja aberta e arrasta por sucção a água do reservatório para dentro 
da caldeira. Se a água entra em excesso, sai através de uma válvula de sobrecarga. 
 
Injetor de Água 
Fig.5.2 
5.1.2 BOMBAS ALTERNATIVA 
Também conhecidas como bombas de pistões, de ação direta ou de deslocamento 
positivo, podem ser acionadas por motores elétricos ou a vapor. 
A bomba acionada eletricamente tem sido aplicada em pequenas caldeiras que operam 
em pressões elevadas, pois as bombas centrífugas para altas pressões dificilmente 
atingem pequenas capacidades. 
Sua constituição esquemática, representada na figura 5.3, conta com uma câmara, duas 
válvulas de retenção e um êmbolo. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 51 
 
 
Bomba Alternativa ou de Êmbolo 
Fig.5.3 
As bombas acionadas a vapor mais difundidas são as denominadas Bombas duplex a 
vapor ou também conhecidas por Burrinhos, disponíveis no mercado para atender 
geradores com produções de vapor até 50 t/hora e pressões até 21 kgf/cn
2
. Nestas o 
vapor aciona o par de pistões de maior diâmetro movimentando assim os pistões 
menores de injeção de água. 
Estes tipos de bombas, devido a presença de lubrificação contínua dos cilindros, 
apresentam o inconveniente de arrastarem óleo para o interior da caldeira, por isso, 
geralmente, cumprem o papel de bomba de reserva. 
5.1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS 
São bombas que têm dado os melhores resultados, pela simplicidade de seus 
componentes, facilidade de manutenção, pela grande vazão que nos oferece, atingindo 
até 500.000 litros de águapor hora, e por operar em regime contínuo, ao contrário das 
bombas alternativas onde a alimentação se processa em golpes contínuos. 
Seu funcionamento consiste em um disco com um jogo de palhetas que giram em alta 
velocidade e fazem a sucção da água. Cada disco forma um estágio, cuja quantidade 
pode variar de acordo com a capacidade da bomba. Nas caldeiras de baixa pressão 
empregam-se bombas com apenas um estágio e nas de alta pressão são usados 
multiestágios. 
As bombas centrífugas são passíveis de serem acionadas por motores elétricos ou por 
turbinas a vapor, estas últimas aplicáveis apenas em geradores de maiores capacidades 
e pressões. Podem, ainda, ter carcaça cilíndrica e bipartida. 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 52 
 
5.1.4 CONTROLE AUTOMÁTICO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO 
Os aparelhos de controle automático de alimentação dividem-se em dois grupos, 
identificados pelo critério de funcionamento (liga-desliga) ou modulante. 
5.1.4.1 APARELHO DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA LIGA-
 DESLIGA. 
Há dois aparelhos básicos que respondem por esta característica; um denominado 
Regulador de Nível com Eletrodo e o outro Regulador de Nível com Bóia. 
 Regulador De Nível Com Eletrodos 
Este sistema consiste em aproveitar a condutividade elétrica da água, através de três 
eletrodos que podem ser de aço inoxidável e tamanhos diferentes, correspondendo, cada 
tamanho, a um nível de água: o central, o máximo e o mínimo. Este dispositivo é 
montado na parte superior do tambor de vapor, e os eletrodos estão ligados a um relé de 
nível de água que, através de seus contatos, comandará a bomba de alimentação de água. 
A bomba entrará em funcionamento quando a água atingir a ponta de eletrodo central e 
deverá parar quando a água atingir o eletrodo de nível máximo ( o menor eletrodo). Se o 
nível da água atingir a ponta do eletrodo maior o relé desligará o queimador ou em 
alguns sistemas poderá fazer funcionar um alarme que dará ao operador a indicação do 
defeito (figura 5.4). 
 Regulador De Nível Com Bóia 
Poderão ser construídos de várias formas mas os principais constam de uma garrafa 
que é ligada ao tambor de vapor e uma bóia que flutua no seu interior. Qualquer 
flutuação do nível interno é transmitidos a esta bóia, presa na parte superior por uma 
haste (3), conforme fig. 5.5. 
A haste movimenta-se dentro do recipiente (5), e ao passar pelo campo magnético (2) 
produzido pelo imã permanente (1) faz movimentar a célula de mercúrio (4) pelo pino 
pivotado (A). A bomba assim fica dependendo do sistema liga-desliga, das chaves de 
mercúrio, alimentando ou não a caldeira. 
 
 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 53 
 
 
Indicador De Nível Com Eletrodo, onde: E = Eletrodo; VVN -1 e 2 = Válvula do visor 
de nível superior e inferior; VDN = Válvula do dreno de nível; VDRN = Válvula de 
dreno reguladora de nível; CN = Coluna de nível e TP-1 e 2 = Torneiras de prova 1 e 2. 
Fig.5.4 
 
Demonstração Esquemática de um Regulador de Nível com Bóia usando Chaves de 
Mercúrio 
Fig.5.5 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 54 
 
5.1.4.2 APARELHOS DE CONTROLE DE ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA 
MODULANTE 
 Elemento Termostático Para Controle De Nível 
Tem a finalidade de controlar o fluxo da água na caldeira. Seu funcionamento baseia-
se no principio da dilatação dos corpos pelo calor (figura 5.6). 
Sua construção é bastante simples. É formado por dois tubos concêntricos, sendo que 
o tubo externo é o tubo de expansão e o interno serve para fazer a ligação com o 
tambor de vapor pela sua parte superior, onde recebe uma quantidade de vapor. Faz 
também a ligação com o tambor de vapor em um ponto correspondente ao nível 
mínimo, recebendo, portanto, pela parte de baixo, água do tambor de vapor. 
O tubo termostático abrange quase toda a extensão da fornalha, sendo que em uma das 
extremidades é rigidamente ligado a serpentina de aquecimento e a outra extremidade 
permanece livre, a fim de poder dilatar-se e mover a válvula de admissão da água. 
Quando a caldeira está com uma queima total, a extremidade livre do tubo termostático 
mantém a válvula de admissão em posição que passe, apenas, a água para repor a 
quantidade que está sendo evaporada. 
Se houver uma baixa no nível de água, aumentará a temperatura do elemento 
termostático, devido ao aumento da quantidade do vapor dentro do tubo. Com isso, o 
tubo se dilata movimentando o conjunto de comando da válvula de admissão da água, 
fazendo com que a mesma se abra dando passagem à água de alimentação. 
À medida que a água vai entrando no tambor, a quantidade de vapor dentro do tubo 
termostático também vai diminuindo, dando lugar à água que é bem mais fria que o 
vapor, fazendo, desta forma, com que o tubo, que se havia expandido pelo calor, agora 
se contraia em virtude da mudança de temperatura: à medida que a temperatura diminui 
no interior do tubo, este se contrai, fazendo com que o conjunto de comando faça a 
redução da entrada de água até que o nível seja equilibrado. 
O nível normal de água na caldeira poderá ser elevado ou baixado à vontade, dentro de 
limites razoáveis. Uma porca de regulagem, localizada na extremidade do tubo, pode 
ser girada para proporcionar o nível desejado mesmo com a caldeira em 
funcionamento. 
Um amortecedor protege o regulador contra esforços bruscos quando a válvula está 
fechada e o tubo de expansão está contraído 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 55 
 
 
Controle De Nível Proporcional A Um Elemento De Ação Mecânica Por Efeito Termostático 
Fig.5.6 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 56 
 
 Elemento Termohidráulico Para Controle De Nível 
Uma outra concepção, conforme figura 5.7, denomina-se controle de nível 
termohidráulico, que opera agora graças à dilatação e contração da água contida 
numa câmara cilíndrica anelar fechada. 
 
Controle de Nível Proporcional a um Elemento com Princípio de Atuador Termo-
Hidráulico 
Fig.5.7 
O sistema compreende um duplo cilindro concêntrico, instalado com uma 
inclinação pré definida em relação ao nível interno da caldeira. O primeiro, aletado 
em toda extensão, forma uma camisa fechada, enquanto o interno une-se ao tambor 
de forma a receber as oscilações do nível de água. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 57 
 
 
O tubo externo, por sua vez, liga-se pela parte inferior ao diafragma de uma válvula 
de controle. Pela conexão superior desta camisa introduz-se água limpa até o fluido 
transbordar. 
A caldeira entrando em operação, apenas uma parcela desta câmara entra em 
contato com o vapor o qual promove o aquecimento e conseqüente dilatação da 
parte correspondente de água. O aumento de volume reflete sobreo diafragma da 
válvula de controle, portanto sobre o orifício de passagem de água de alimentação. 
À medida que o nível oscila, a água contida na câmara recebe contato com maior ou 
menor superfície de aquecimento, respondendo com variações nas dilatações e 
contrações do fluido de maneira a transmitir à válvula de controle, posições 
diferentes de ingresso ou interrupção da passagem da água. 
 Controle de Nível Pneumático 
A figura 5.8 exibe uma versão mais moderna de controle de nível em caldeiras, 
introduzindo o ar comprimido como fluido auxiliar. 
 
Fig.5.8 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 58 
 
5.2 ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL 
No caso de combustível líquido o fornecimento não deve ser feito diretamente do 
tanque principal para o consumo e sim passar por um reservatório intermediário, 
evitando-se problemas de flutuação de carga e baixa temperatura do combustível no 
bombeamento. Esse reservatório deve ser instalado no circuito mais próximo da 
bomba de óleo tendo antes um filtro da bomba, uma válvula de gaveta e a linha de 
retorno do excedente ao depósito, sendo sua principal finalidade o aquecimento de 
óleo (figura 5.9). 
Devido à quantidade do “Fuel oil” fornecido com alto teor de parafina o sistema de 
aquecimento deve ser misto (eletricidade e vapor), a fim de elevar e manter a 
temperatura do óleo acima do ponto de fluidez (ponto de baixa viscosidade). 
Caso o óleo combustível seja muito viscoso, ele deve ser recirculado no sistema de 
preaquecimento até atingir a temperatura ideal, antes de ser admitido na caldeira 
para não entupir o pulverizador, em razão da viscosidade imprópria. 
No início de funcionamento, quando o óleo não está ainda a uma temperatura ótima 
de pulverização, deve-se usar querosene. 
 
Bomba de óleo combustível 
Fig.5.9 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 59 
 
No caso dos combustível sólidos a alimentação pode ser manual ou mecanizada 
No caso de alimentação manual de combustível sólido deve ser armazenada na casa 
da caldeira uma quantidade suficiente para até duas horas, evitando-se o acúmulo 
de combustível que retira a liberdade de ampla circulação que o operador deve ter.. 
5.2.1 CONTROLE AUTOMÁTICO DE COMBUSTÃO 
Três são as grandezas relacionadas com o problema de malha aberta que responde 
pela regulagem automática da combustão: 
 o consumo de combustível 
 o consumo de ar para a combustão 
 a extração dos gases formados 
O controle destas três grandezas visam: 
 manter o suprimento de calor da fonte supridora, de acordo com a demanda do 
processo. 
 assegurar um mínimo de consumo de combustível para atingir as condições 
propostas, ou seja, alcançar a máxima eficiência; 
 manter as condições de operação da fornalha dentro de parâmetros satisfatórios. 
No fundo os objetivo são os mesmos. A quantidade de combustível se ajusta com a 
pressão da caldeira, de modo que uma queda na pressão significa falta de 
combustível, e excesso, significa combustível a mais. Portanto a regulagem da 
pressão de forma a mantê-la dentro dos limites fixados na operação, implica 
necessariamente na modificação do suprimente de combustível. 
A intervenção nesta fonte de calor determina a modificação do volume de ar 
necessário à sua queima, dentro dos parâmetros compatíveis com uma combustão 
perfeita. Esta variação provocada na formação de volumes de gases de combustão, 
deve ser vigiada por uma ação paralela, que garanta a sua (gases) extração completa 
de forma a assegurar uma pressão definida na câmara de combustão da caldeira. 
5.3 ALIMENTAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 
É feita através do quadro de comando que é o componente da caldeira onde estão os 
dispositivos elétricos que permitem a operação da caldeira. Para o caso das 
caldeiras com alimentação a combustível líquido eles são mais complexos pois 
comandam o acendimento automático e o controle da chama, além de outros 
comandos como o de nível de água que controla as bombas de alimentação e os 
relés de alta pressão. 
No caso de caldeiras de alimentação por combustível sólido (lenha) os quadros de 
comando são mais simples pois basicamente possuem apenas o comando de nível 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 60 
 
automático que controla o funcionamento das bombas de alimentação de água e o 
aumento de pressão. 
Os comandos são colocados em um armário que os abrigam da poeira e umidade, 
tais comandos são basicamente: 
 seleção do comando manual ou automático; 
 chave de ligar e desligar a bomba d’água; 
 chave de liga e desliga o ventilador de exaustão; 
 alarme sonoro de advertência; 
 lâmpada piloto; 
 chaves magnéticas de ligação do nível automático. 
5.4 VISOR DE NÍVEL 
Consiste em um tubo de vidro colocado no tambor de vapor (figura 5.10) e que tem 
a finalidade de dar ao operador a noção exata da altura onde se encontra a água da 
caldeira. Na maioria das caldeiras o nível de água é exatamente no centro do tubo 
de vidro, o que corresponde ao centro do tambor de vapor. Existem, porém, 
caldeiras que não seguem esta regra cabendo ao operador certificar-se do quanto 
corresponde a marca de nível dos indicadores. 
 
Visor de nível 
Fig.5.10 
Manter o nível de água da caldeira é um importante papel do operador que terá que 
dispensar-lhe uma especial atenção. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 61 
 
Antes de se iniciar a operação da caldeira, deve ser feita uma drenagem no nível, a 
fim de que se eliminem algumas impurezas que por ventura tenha-se localizado no 
nível ou nas conexões do mesmo. Nas caldeiras manuais, o nível é importantíssimo 
porque dará ao operador uma noção exata de quanto a água deverá ser introduzida 
na caldeira. 
5.5 MANÔMETROS 
Aparelho com o qual se mede a pressão de gases, de vapores e de outros fluídos. É 
muito utilizado na indústria, entre outros fins, para verificar a pressão de caldeiras e 
de vasos sob pressão. 
O conhecimento desta pressão é obrigatório, não só sob o ponto de vista de 
segurança, como também, para a operação econômica e segura da caldeira. 
A figura 5.11 mostra as partes Internas, de forma esquemática, de um manômetro 
de Bourdon padrão cujo funcionamento baseia-se na tendência de flexão, que 
experimenta um tubo de bronze curvado, de seção elíptica, quando é aplicada, em 
seu interior, uma pressão superior à atmosfera. Geralmente o tubo se curva em arco 
de circunferência. Ao atuar a pressão no interior do tubo, sua extremidade livre 
descreve um pequeno movimento, que é ampliado mediante um sistema de 
alavancas que atuam sobre o setor dentado, fazendo girar a agulha indicadora. 
Existem vários tipos de manômetros: manômetro tubular, manômetro com líquido 
amortecedor (glicerina ou silicone), manômetro diferencial, e outros tipos que são 
abordados em instrumentação e controle não constituíndo objetivo principal do 
presente curso. 
A escala de uma manômetro pode ser graduada em quilograma, força por 
centímetro quadrado (Kgf/cm
2
), em atmosferas (atm), em libras-força por polegada 
quadrada (lbf/pol2 
 ou psi), ou em qualquer outra unidade de pressão. A tabela 
abaixo dá a correspondência entre estas unidades. 
atm Kgf/cm
2
 psi 
1 1,033 14,22 
0,96 1 14,7 
0,065 0,068 1 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 62 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Partes internas de um manômetro de Bourdon 
Fig.5.11 
 
A indicação em psi é usual no sistema inglês e no Brasil utiliza-se mais 
correntemente indicações em kgf/cm
2
. 
Os manômetros, de um modo geral, indicam a pressão relativa (também 
denominada pressão manométrica) e não a “pressão absoluta”. Isso quer dizer que, 
para se obter a pressão dita “absoluta”, tem-se que somar à pressão indicada no 
manômetro, a pressão atmosférica local (pressão absoluta = pressão manométrica + 
pressão atmosférica). 
Cada caldeira tem uma capacidade de pressão determinada. Sendo assim, os 
manômetros utilizados em cada caldeira devem ter a escala apropriada. A pressão 
máxima de funcionamento da caldeira deverá estar sempre marcada sobre a escala 
do manômetro, com um traço feito a tinta vermelha, para servir de alerta ao 
operador no controle da pressão. 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 63 
 
 
5.6 DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA 
5.6.1 VÁLVULAS DE SEGURANÇA 
Sua função é de promover o escape de excesso do vapor, caso a pressão máxima do 
trabalho permitida da caldeira venha a ser ultrapassada, e os outros dispositivos de 
segurança venha a falhar. 
Quando uma caldeira possui duas válvulas de segurança, uma delas deverá abrir 
com 5% acima da pressão máxima de trabalho permitida e a outra com 10% acima 
da pressão máxima permitida. 
Para garantir um perfeito funcionamento da válvula de segurança, deve-se observar 
o seguinte: 
 Todas as válvulas de segurança deverão ser experimentadas uma vez ao dia, 
acionando-se a alavanca de teste manual. 
 Promover a inspeção das sedes das válvulas pelo menos uma vez por ano. 
 Fazer periodicamente um teste de funcionamento da válvula. Isto se faz 
colocando uma manômetro aferido na caldeira e, em seguida, fechando todas as 
saídas de vapor até que a válvula comece a funcionar. Para a aferição da válvula 
devem ser observadas as porcentagens acima indicadas, e também deve-se 
observar que durante o teste a pressão máxima da caldeira não deve ultrapassar 
10% da pressão máxima permitida. 
As válvulas de contrapeso são as mais simples, porém não atendem os requisitos 
atrás anunciados. Sua vedação nem sempre impede vazamentos contínuos. 
As válvulas de mola predominam nos dias de hoje. Há dois tipos de válvulas de 
mola: 
 de baixo curso; 
 de alto curso. 
No primeiro tipo, a pressão do vapor atuando sobre a área do disco de vedação, abre 
totalmente a válvula. 
No segundo tipo, a ação de pressão abre parcialmente a válvula. O vapor 
escapando, projeta-se sobre um disco provido de anel de regulagem que provoca a 
mudança de direção do fluido. A força de reação completa a abertura da válvula. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 64 
 
 
 
Estas válvulas são muito mais perfeitas, abrindo e fechando instantaneamente. 
Os fabricantes fornecem estas válvulas nas dimensões adequadas, desde que se 
forneçam a vazão e pressão do vapor. 
As válvulas de segurança exigem cuidados especiais desde a sua instalação. 
Na instalação deve-se: 
 evitar choques; 
 acertar o prumo (velocidade da válvula) 
 evitar alterar a regulagem original do fabricante. 
Na operação: 
 não permitir acréscimo de peso na válvula; 
 testar diariamente seu funcionamento; 
 eliminar vazamentos contínuos. 
As válvulas de segurança evitam, portanto, a contínua elevação da pressão no 
gerador de vapor. Válvulas de segurança corretamente dimensionadas devem: 
1. Abrir totalmente a um pressão definida, evitando o desprendimento de vapor 
antecipadamente. 
2. Permanecer aberta enquanto não houver queda de pressão ou seja, retorno da 
pressão para as condições de trabalho do gerador. 
3. Fechar instantaneamente e com perfeita vedação logo após a queda de pressão. 
4. Permanecer perfeitamente vedada para pressões inferiores à sua regulagem. 
Para assegurar esta performance, as válvulas de segurança devem ser fabricadas, 
sob controle de qualidade, instaladas corretamente e ser submetidas a sistemáticas 
inspeções e mantidas em condições de funcionamento perfeito. 
Podemos encontrar, basicamente, dois tipos de válvulas de segurança: 
a) de contrapeso (figura 5.12) 
b) de mola (figura 5.13) 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 65 
 
 
Fig.5.12 
 
Fig.5.13 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 66 
 
5.6.2 PROTEÇÃO E CONTROLE DE CHAMA 
Caldeiras que usam queimadores de sólidos pulverizados (carvão), líquidos (BPF, 
diesel,...) ou gasosos (gás de gasogênio, GLP,...) necessitam de um sistema de 
proteção e controle de chama para supervisionar principalmente: 
 procedimento incorreto de ligação; 
 falta de chama por qualquer motivo. 
Ocorrendo uma destas falhas, a fornalha da caldeira ficaria sujeita a uma explosão, 
caso não houvesse a interrupção imediata do fornecimento do combustível. 
Conforme a concentração da mistura (ar/combustível), a magnitude de explosão 
poderá se tornar perigosa, causando danos ao equipamento e provocando risco de 
vida ao seu operador. 
A maior parte dos casos de explosão, ocorrem durante o acendimento da chama. 
Os dispositivos usualmente empregados nestes sistemas de proteção são dos 
seguintes tipos: 
POR TERMOELÉTRICOS 
São formados por lâminas bimetálicas (lâminas de metais diferentes) e de uma 
chave elétrica. As lâminas bimetálicas ficam instaladas no caminho dos gases e 
também estão ligadas ao circuito, de tal modo, que não é possível acender o 
queimador com a chave aberta. Acendendo a caldeira, o calor dos gases 
desprendidos dilata as lâminas, queimando-se a caldeira as lâminas e se contraem 
abrindo e interrompendo o circuito elétrico do queimador. 
POR CÉLULAS FOTOELÉTRICAS 
Trata-se de um sistema bem aperfeiçoado que trabalha com uma célula fotoelétrica, 
um amplificador e um relé. O seu funcionamento é baseado na coloração das 
chamas. Se estas se apagarem a luminosidade no interior da fornalha será 
diminuída, a célula fotoelétrica comandará o amplificador e o relé que abrirá seus 
contatos, interrompendo o circuito dos queimadores. 
Os sistemas fotocondutivos para segurança de chama tem quase o mesmo 
funcionamento dos fotoelétricos, sendo modificado o tipo de célula. Utiliza-se das 
irradiações infravemelhas das chamas e faz uso de amplificadores especial. 
Os amplificadores conseguem estabelecer diferenças entre o calor das chamas e o 
calor dos refratários da fornalha. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - ApostilaFevereiro/ 98 67 
 
Estes controladores funcionam como equipamentos de segurança, fazendo com que 
a caldeira seja parada e religada automaticamente, controlando perfeitamente a água 
de alimentação e os limites de pressão. 
Também efetua a parada de emergência comandada pelo circuito de segurança. 
5.7 DISPOSITIVOS DE CONTROLE 
Estes dispositivos são projetados para garantir que a caldeira funcione em perfeita 
segurança. 
5.7.1 PRESSOSTATOS 
PRESSOSTATO DE CONTROLE DE MÁXIMA PRESSÃO DA CALDEIRA 
Tem a finalidade de controlar a pressão interna da caldeira por meio de um 
comando para os queimadores (figura 5.14). 
É constituído de um fole metálico (ou de um diafragma) que comanda uma chave 
elétrica por meio de um dispositivo de regulagem da pressão. À medida que 
diminui a pressão dentro da caldeira o fole (ou diafragma) se contrai, fechando o 
circuito elétrico, dando partida ao queimador. Quando a pressão for restabelecida o 
fole (ou diafragma) se dilata e fará a abertura dos contatos, interrompendo o 
funcionamento dos queimadores. Nas caldeiras semi-automática e chave 
interrompe o circuito do queimador, quando atingida a pressão de corte e mantém o 
circuito travado, impedindo que seja reacendido manualmente, até que seja atingida 
a pressão de operação. 
 
Fig.5.14 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 68 
 
 
 Pressostato Modular 
De construção quase idêntica ao pressostato de máxima pressão, faz a regulagem do 
óleo e do ar para os queimadores. A sua diferença para o pressostato acima, é que 
este não faz a simples partida ou parada de motor da bomba de combustível e 
regulador de ar nos pontos preestabelecido de pressão. 
Ele regula a velocidade do motor nas pressões intermediárias às prefixadas, dando 
um perfeito equilíbrio ao regulador de ar-combustível. 
Todo este trabalho é conseguido através do motor modulador que consiste (além 
dos enrolamentos do motor) de um relé de equilíbrio e de um reostato de 
balanceamento. Portanto o motor trabalha junto com o reostato da chave 
moduladora. 
5.7.2 CHAVE SEQÜÊNCIAL 
Tem a finalidade de promover na caldeira um ciclo completo de operações ou seja: 
a) modulação automática 
b) ignição elétrica 
c) apagar a caldeira por motivo de segurança 
d) limitar a pressão 
e) promover a ignição automaticamente. 
Seu funcionamento é parecido com o do pressostato modulador, só que ao invés de 
apresentar o reostato para regulagem de velocidade do motor, apresenta um 
conjunto de contatos, sendo destinados um para cada operação a ser feita. Portanto 
quando termina um ciclo de operação, imediatamente, começa outro. 
5.7.3 VÁLVULAS E TUBULAÇÕES 
 Válvula Solenóide 
São comandados eletricamente, abrindo e fechando, dando passagem ao óleo, e 
vapor. 
Um bom lubrificante para a haste móvel da válvula solenóide é o grafite em pó. 
Nas cadeiras flamotubulares com queima a óleo ou a gás, o óleo diesel, ou gás, para 
a chama piloto é controlada por uma válvula solenóide, dotada de uma bobina, que, 
quando energizada, atrai o obturador pelo campo eletromagnético formado, abrindo 
a passagem do combustível. 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 69 
 
 Válvula Principal De Saída De Vapor 
Permite a vazão de todo o vapor produzido pela caldeira. Na maior parte das 
aplicações são válvulas do tipo globo, por assegurarem controle mais perfeito da 
vazão. 
A válvula conhecida como gaveta, aplica-se em grandes unidades, sem 
responsabilidade sobre o controle da vazão. 
 Válvula De Alimentação 
Destinam-se a permitir ou interromper o suprimento de água no gerador de vapor. 
São do tipo globo com passagem reta (figura 5.15). 
 
Fig.5.15 
 Válvulas de Escape de Ar 
Outra válvula do tipo globo que controla a saída ou entrada de ar na caldeira, nos 
inícios e fins de operação. Apresenta dimensões de ¾ “a 1”. 
 Válvula de Retenção 
Geralmente, á válvula de alimentação permanece totalmente aberta. As válvulas de 
retenção, colocadas logo após a anterior, impedem o retorno da água sob pressão do 
interior da caldeira (figura 5.16). 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 70 
 
 
figura 5.16 
 Válvulas de Descarga 
Também conhecidas como válvulas de dreno, permitem a purga da caldeira. 
Estão sempre ligadas às partes mais inferiores das caldeiras. O lodo do material 
sólido em suspensão, geralmente acumulado no fundo dos coletores ou também 
inferiores das caldeiras é projetado violentamente para fora da unidade, quando se 
abrem estas válvulas. 
Há dois tipos de válvulas de descarga que se instalam em série: 
1º Válvula de descarga lenta, cuja função principal é assegurar a perfeita vedação 
do sistema. É uma válvula de passagem reta do tipo globo. 
2º Válvula de descarga rápida, que abre a secção plena instantaneamente, 
assegurando a vazão da água com violência capaz de arrastar os depósitos 
internos. 
Além da descarga de fundo, caldeira de certo porte, recebem outro sistema de 
descarga para assegurar uma dessalinização contínua da água, feita por meio de 
válvula globo agulha. 
 
 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 71 
 
 Válvula de Vapor de Serviço 
É uma válvula do tipo globo , cuja secção corresponde a 10% da válvula principal. 
Sua função é assegurar o suprimento de vapor para acionamento de órgãos da 
própria caldeira, como: 
 bombas de alimentação 
 aquecimento de óleo 
 injetores 
 Válvulas de Introdução de Produtos Químicos e de Descarga Contínua 
São ambas do tipo globo agulha de fina regulagem. 
A primeira emprega-se quando se procede o tratamento interno de água da caldeira, 
permitindo a vazão regulada de produtos químicos. 
A segunda assegura a descarga contínuo da caldeira, a fim de manter a concentração 
de sólidos totais em solução na água, aquém dos limites máximos permitidos para 
evitar incrustações. 
 Válvulas de Alívio 
É uma válvula instalada na parte superior do préaquecedor de óleo, para evitar que 
o óleo combustível atinja pressões superiores aos níveis adequados no mesmo. 
 Tubulações 
Rede geral de alimentação de água. 
Esta rede se inicia no fornecedor de água para a caldeira. 
A rede de água não deve ter vazamentos. 
É recomendável que a água sofra um tratamento químico antes de ser bombeada 
para dentro da caldeira. 
Considerando que foi feito o tratamento, a água é bombeada para o interior da 
caldeira, passando antes pelo preaquecedor (se a caldeira assim estiver equipada). 
Nesse trecho, dependendo da caldeira, há todo um jogo de dispositivos automáticos 
que controlam o momento em que deve ser a água adicionada e o momento que ela 
já é suficiente, ativando e desativando a bomba. 
Se a água for lançada na parte onde tem vapor, estando ela bem mais fria, provocará 
um choque térmico, que poderá causar sérias conseqüências. Portanto, a admissão 
é feita abaixo do nível de água e o mais distante possível da fornalha. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - ApostilaFevereiro/ 98 72 
 
Não se deve injetar água fria em caldeira quente quando o nível d’água estiver 
baixo. Deve-se diminuir o fogo a até apagá-lo, esfriando a caldeira. Caso isto não 
seja observado, corre-se o risco do choque térmico e da provável implosão da 
caldeira. 
Rede Geral de Óleo Combustível 
Esta rede começa no reservatório principal de combustível, conduzindo o mesmo 
até a bomba e daí ao combustor. Os esquemas de distribuição do combustível 
variam, pois dependem do projeto do fabricante. 
De maneira geral, dispositivos elétricos controlam a bomba e dosam o fluxo de 
combustível para a mistura correta com o ar. 
Se a rede de água não deve ter vazamentos, esta menos ainda. Os combustíveis são 
inflamáveis, portanto podem provocar acidentes. Além disso, criam ainda outra 
condição insegura no trabalho, pois eliminam o atrito e o operador pode acidentar-
se por quedas, etc. 
Rede de Drenagem 
Esta é a rede que sai da parte mais baixa da caldeira e vai terminar fora da caldeira. 
Próximo da caldeira ela tem uma válvula comum. A rede conduz uma mistura de 
água e vapor para um local protegido, onde não possa atingir algumas pessoas. O 
objetivo é drenar a caldeira, isto é, eliminar os detritos, sujeiras e composto de 
corrosão que se acumulam dentro dela. 
Esta rede, normalmente, é acionada manualmente e convém estar protegida. 
Rede de Vapor 
O vapor é um fluido pouco corrosivo, para o qual os diversos materiais podem ser 
empregados, até a sua temperatura limite de resistência mecânica aceitável. 
Os limites de temperatura estão fixados, principalmente em função da resistência à 
fluência dos diversos materiais. Os tubos do aço (de qualquer tipo), são ligados 
com solda de encaixe para diâmetro até 1 ½ - 2”, e com solda de topo para diâmetro 
maiores. 
Em quaisquer tubulações para vapor, é muito importante a perfeita e completa 
drenagem do condensado formado, por meio de purgadores. Para auxiliar a 
drenagem, é feita, algumas vezes, a instalação dos tubos com um pequeno caimento 
constante na direção do fluxo, principalmente em linhas de vapor saturado, onde é 
maior a formação de condensado. Alguns projetista têm por norma colocar, 
também , eliminadores de ar nos pontos altos das tubulações. 
Todas as tubulações de vapor devem ter isolamento térmico. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 73 
 
- Registro de saída de vapor - estabelece demanda de vapor para os utilizadores. 
- Rede de vapor para preaquecimento óleo combustível no preaquecedor 
- Estabelece demanda de vapor preaquecimento de óleo combustível no 
preaquecedor. 
- Rede de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque de 
armazenamento 
- Estabelece demanda de vapor para preaquecimento do óleo combustível no tanque 
de armazenamento. 
5.7.4 OUTROS ACESSÓRIOS 
5.7.4.1 PREAQUECEDOR DE AR 
O preaquecedor de ar é um equipamento que tem a finalidade de aproveitar o calor 
dos gases no aquecimento do ar necessário à combustão (figura 5.17). O 
preaquecedor transfere o calor dos gases quentes para o ar que está entrando para a 
combustão. 
 
Fig.5.17 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 74 
 
Classificação 
Os preaquecedores podem ser classificados de acordo com o princípio de operação, 
em: 
a) Preaquecedor regenerativo 
Nos preaquecedores regenerativos, o calor dos gases de combustão é transferido 
indiretamente para o ar, através de um elemento de “armazenagem”, por onde passa 
o ar e o gás de combustão, alternadamente, conforme desenho esquemático da 
figura 5.18. 
Preaquecedor de ar regenerativo 
Fig.5.18 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 75 
 
b) Preaquecedor com colmeia metálica 
Esse preaquecedor é constituído de placas de aço finas e corrugadas que são 
aquecidas quando da passagem dos gases de combustão e resfriadas quando da 
passagem do ar. Seu formato assemelha-se a uma roda gigante, girando lenta e 
uniformemente (figura 5.19). 
 
Fig.5.19 
c) Preaquecedor com colmeia refratária 
Os gases quentes, ao passarem pela colmeia refratária trocam o calor com o frio 
para a combustão (figura 5.20). 
 
Fig.5.20 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 76 
 
5.7.4.2 ECONOMIZADOR 
Sua finalidade é aquecer a água de alimentação da caldeira (ver esquema da figura 
5.21). Está localizado na parte alta da caldeira entre o tambor de vapor e os tubos 
geradores de vapor sendo que os gases são obrigados a circular através dele, antes 
de saírem pela chaminé. 
 
 
 
Fig.5.21 
Existem vários tipos de economizadores e na sua construção podem ser empregados 
tubos de aço maleável ou tubo de aço fundido com aletas. Os economizadores 
podem ser: 
SEPARADO 
Usados nas caldeiras de baixa pressão (25 kg/cm
2
) e construído geralmente de tubos 
de aço ou ferro fundido com aletas; no seu interior circula a água e por fora os gases 
de combustão. 
INTEGRAL 
Empregado na maioria dos geradores de vapor, apesar de requerer mais cuidados 
que o economizador em separado. Deverá ser retirado da água de alimentação todo 
o gás carbônico e o oxigênio, isto porque, quando estes elementos são aquecidos 
aumentam a corrosão dos tubos. Este economizador tem grande capacidade de 
vaporização e é constituído por uma serpentina e tubos de aço maleável. 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 77 
 
A corrosão nos tubos dos economizadores pode ser tanto de dentro para fora como 
de fora para dentro. Os furos de fora para dentro são causados pelos gases que 
aquecem e arrastam enxofre contido no óleo. Ao se juntarem com o oxigênio e 
com outros elementos contidos nos gases, formam um poderoso agente corrosivo 
(Ácido sulfúrico, por exemplo). Os furos de dentro para fora são causados pela 
circulação da água não tratada que contém oxigênio e gás carbônico, principais 
agentes da corrosão interna dos tubos. 
5.7.4.3 SUPERAQUECEDORES 
a) Considerações sobre o vapor saturado superaquecido. 
Se aquecermos água em um recipiente fechado, quando a água atingir uma certa 
temperatura esta se transforma em vapor (temperatura de 100ºC aproximadamente, 
ao nível do mar). Enquanto existir água dentro do recipiente, o vapor será saturado 
e a temperatura não aumentará. 
Mantendo-se o aquecimento até que toda a água se evapore teremos o vapor 
superaquecido, com o conseqüente aumento de temperatura. 
Este processo de superaquecimento do vapor seria impraticável nas caldeiras, pois 
quando a água evaporasse, os tubos se queimariam e também não haveria uma 
demanda suficiente na rede de vapor. Assim sendo, empregamos aparelhos 
destinados a elevar a temperatura do vapor sem prejuízo para a caldeira. 
O vapor saturado é mais indicado para uso em aquecimento, pois devido à mudança 
de fase permite a troca de calor a temperatura constante, apresentando como 
inconveniente a grande formação de condensado. 
O vaporsuperaquecido é utilizado em turbinas a vapor, devido a ausência de 
umidade exigida para operar nessas turbomáquinas por questões de deteriorização 
das pás, vibração e queda de rendimento. Contudo existem situações de utilização 
do vapor superaquecido para aquecimento e processo, é o caso em que se tem 
extensas tubulações de vapor, isto é, a parcela de calor de superaquecimento serve 
para vencer as perdas térmicas da linha, chegando ao processo como vapor saturado 
com um mínimo de umidade (~2%), necessário a determinados processos 
industriais. 
 
 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 78 
 
 
b) Processo de superaquecimento de vapor 
Para superaquecer o vapor empregam-se aparelhos denominados superaquecedores. 
Estes aparelhos normalmente aproveitam os gases da combustão para dar o devido 
aquecimento ao vapor saturado, transformando-o em vapor superaquecido. 
Os superaquecedores são construídos de tubos de aço em forma de serpentina cujo 
diâmetro varia de acordo com a capacidade da caldeira. Estes tubos podem ser lisos 
ou aletados. 
Quando instalados dentro das caldeiras estão localizados atrás do último feixe de 
tubos, entre dois feixes de tubos, sobre os feixes de tubo ou ainda sobre a fornalha 
(figura 5.22). A caldeira pode, apresentar o superaquecedor em separado (figura 
5.23). Neste caso, ele dependerá de uma fonte de calor para o aquecimento; 
normalmente, é instalada uma outra fornalha. 
 
Figura 5.22 
 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 79 
 
 
Fig.5.23 
5.7.4.4 PURGADORES 
São dispositivos automáticos que servem para eliminar o condensado formado nas 
linhas de vapor e nos aparelhos de aquecimento, sem deixar escapar vapor. 
Os bons purgadores, além de remover o condensado, eliminam, também, o ar e 
outros gases incondensáveis, (CO2, por exemplo), que possam estar presentes. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 80 
 
6. TIRAGEM 
É o processo de retirada da caldeira para a atmosfera, dos gases provenientes da 
combustão. A tiragem pode ser efetuada de várias maneiras: natural, forçada e 
mista. 
6.1 TIRAGEM NATURAL 
Quando normalmente sem a ajuda de equipamentos especiais o ar entra na fornalha, 
alimenta a chama e sai pela chaminé, graças a diferença de temperaturas existentes 
na sua base e no seu topo. 
6.2 TIRAGEM FORÇADA E INDUZIDA 
No caso em que os gases são eliminados com a ajuda de ventiladores sopradores, a 
tiragem chama-se forçada (figura 6.1), podendo apresentar várias disposições 
construtivas. Suas dimensões porém, dependem da capacidade da caldeira para um 
suficiente suprimento de ar de combustão e para que os gases sejam totalmente 
eliminados). 
Nas caldeiras em que os gases são eliminados através de exaustores, aspirando os 
gases e projetando-os para a atmosfera, a tiragem é chamada induzida (figura 6.2). 
 
Tiragem Forçada 
Fig.6.1 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 81 
 
As caldeiras que possuem este tipo de tiragem são chamadas de caldeiras 
despressurizadas e precisam ter muito boa vedação para evitar a entrada de ar falso, 
através de suas paredes ou duplos invólucros. 
 
Tiragem Induzida 
Fig.6.2
6.3 TIRAGEM MISTA OU BALANCEADA 
Neste sistema, são empregados dois ventiladores sendo que um deles tem a finalidade de 
introduzir o ar dentro da caldeira (ventilador soprador) e o outro tem a finalidade de retirar o 
ar da caldeira (ventilador exaustor), conforme esquema da figura 6.3. 
 
Tiragem mista 
Fig.6.3 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 82 
 
6.4 CONTROLE DE TIRAGEM 
Para que uma caldeira possa ter um bom funcionamento, a tiragem tem que ser 
muito bem controlada. Este controle é feito por registros colocados no circuito dos 
gases. Estes registros constam de uma ou mais palhetas que podem ser comandada 
manual ou automaticamente, chamados de “dampers”. 
6.5 CHAMINÉ 
Ajudam a tiragem devido à diferença entra a sua base e o seu topo, provocada pela 
diferença de temperatura dos gases da combustão. 
As chaminés podem ser construídas de chapas de aço ou de alvenaria, empregando-
se tijolos comuns. Em qualquer dos casos, sua construção deve ser muito rigorosa, 
levando-se em conta a quantidade e a velocidade dos gases da base, do tipo de 
material empregado e a pressão atmosférica no local. Em nenhuma hipótese 
poderão existir fendas que possibilitem a entrada falsa de ar. 
Pela chaminé deverão sair o gás carbônico (CO2), vapor d’água (H2O) e outros 
compostos. Isso, porém, na maioria das vezes não ocorre e junto com o gás 
carbônico há um grande desprendimento de fuligem que contribui para a poluíção 
da atmosfera. 
A fumaça que sai pela chaminé, quando apresentar uma coloração clara, pode 
indicar um pequeno excesso de ar e quando sua coloração for escura, indica a 
presença de combustível não queimado pela deficiência na alimentação de ar, de 
forma a atingir uma relação ar-combustível adequado. 
A maneira mais segura de determinar as quantidades de gás carbônico que se 
desprendam pela chaminé é fazer uma análise com aparelhos indicadores. 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 83 
 
7. COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEL 
7.1 DEFINIÇÕES 
COMBUSTÃO 
A combustão é produzida pela reação química de duas substâncias: combustível e 
comburente. 
COMBUSTÍVEL 
É a substância que queima e contém em sua composição, principalmente, carbono e 
hidrogênio, além de outros que o compõe. 
CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS 
Os combustíveis podem ser classificados em: 
a) SÓLIDOS 
madeira, turfa, linhito, lulha, carvão vegetal, coque de carvão, coque de petróleo, 
etc. 
b) LÍQUIDOS 
petróleo, óleo de xisto, alcatrão, álcool e óleos vegetais. 
c) GASOSO 
metano, hidrogênio, GLP (butano e propanol), gás de coqueira (siderurgica), 
gasogênio, biogás, etc. 
COMBURENTE 
É o elemento que entra na reação de combustão como fonte de oxigênio. 
 
 
 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 84 
 
 
REAÇÕES DA COMBUSTÃO 
Na combustão, a reação que ocorre é denominada, basicamente, de oxidação. A 
fonte usual é o oxigênio do ar atmosférico. O oxigênio está contido no ar 
atmosférico na proporção de 23% em percentagem por peso atômico ou 21% em 
percentagem volumétrica. 
C + O2 CO2 + 8.100 Kcal/kg C 
C + ½ O2 CO + 2.400 Kcal/kg C 
2H2 + O2 2H2O (L) + 34100 Kcal/kg H2 
S + O2 SO2 + 2.200 Kcal/kgS 
Observa-se pelas reações anteriores, que se deve, sempre, orientar a queima no 
sentido de se obter o CO2 pois assim se tem uma maior liberação de calor. 
Na prática,queima-se combustíveis que não se compõem, apenas, de carbono (C), 
mas também de hidrogênio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reações acima. 
A combustão é completa quando todos elementos combustíveis contidos no 
combustível em questão (C, H2 S, etc.), se combinam com o oxigênio do ar, 
fornecendo os produtos finais correspondentes. A seguir é exposto as principais 
exigências de um eficiênte processo de combustão: 
a) o comburente deve formar com o combustível uma mistura homogênea. O uso 
de queimadores apropriados, bem como a temperatura correta do óleo são fatores 
essenciais para uma queima ideal. Estes fatores propiciam a gaseificação do 
combustível. 
b) o comburente deve estar em quantidade suficiente em relação ao combustível 
para que a reação química da combustão seja completa. Deve-se trabalhar com o 
mínimo de excesso de ar. 
c) quanto maior a viscosidade do combustível, mais difícil será a sua pulverização, 
ou seja, mais difícil será a sua divisão em gotículas. O preaquecimento do óleo 
combustível é fundamental para se atingirem os limites adequados de 
viscosidade necessários para uma boa pulverização. 
Tendo em vista a variação de viscosidade do óleo combustível, a temperatura de 
aquecimento não é fixa, devendo ser ajustada, quando necessário. É importante 
salientar que esta temperatura não deve aproximar-se muito do ponto de fulgor do 
óleo combustível. 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 85 
 
7.2 CÁLCULO DO AR NECESSÁRIO À COMBUSTÃO - COMBUSTÍVEL 
 LÍQUIDOS 
A combustão é completa quando a quantidade de ar é a necessária e suficiente para 
oxidar os elementos constituintes do combustível utilizado. 
Havendo combustão incompleta teremos fuligem, aldeído e monóxido de carbono, 
além de não ocorrer a liberação total do calor do combustível. 
A quantidade teórica de ar necessária à combustão pode ser calculada pela seguinte 
fórmula: 
mtar = 11,5 C + 34,8 (H-O/8) + 4,35. S 
Onde 
mtar = massa teórica de ar necessária a combustão (kg ar/kg comb). 
Os percentuais de água, cinzas e enxofre são obtidos em laboratório, ou 
especificados pelo fornecedor do combustível. 
Exemplificando, podemos considerar a queima de um óleo combustível tipo A 
(BPF), com a seguinte composição média: 
C = 84%, H2 = 11%, S = 4% e O2 = 1% 
mtar = (11,5 - 0,84) + 34,8 (0,11 - 0 01
8
, )+ (4,35 x 0,04) 
mtar = 9,66 + 3,7845 + 0,174 
mtar = 13,62 kg ar/kg óleo 
Dessa forma, teremos: 13,6 kg ar/kg BPF 
Considerando que o ar possuí 23% em percentagem por peso atômico do oxigênio, 
então teremos: 
O2 = 0,23 x 13,6 = 3,1 kg O2 / kg de BPF. 
Exercicio: 
1) Calcular a relação ar/combustível teórico para um combustível com a seguinte 
composição: C= 81%, H2= 10%, S = 8%, O2 = 0,5%, cinzas = 0,5%. 
2) Determine o volume de ar real necessário à queima do combustível do exercicio 
1 nas seguintes condições de pressão e temperatura: 27ºC e 700 mmHg: 
 
ELETRONUCLEAR Gerência de Treinamento- GTR.O 
 
TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 86 
 
Solução: 
PV = mRT 
P = 700 mmHg = 93,325 (Kpa) , 1 bar = 10
2
 Kpa = 750,064 mmHg. 
T = 273 = 27 = 300 (K) 
RAR = R
Mar
kJ
kg K
 
8 315
29
0 287
,
,
.
 
mtar , calculado no exercicio 1. 
7.3 ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO 
Proporção correta do volume de ar x combustível queimado: 
Sabemos que a combustão é perfeita quando a quantidade de ar utilizada é a 
necessária e suficiente para a completa combustão. Cada unidade de peso de 
determinado combustível requer uma quantidade determinada de ar. Dependendo 
da temperatura ambiente, esta quantidade de ar corresponderá a um dado volume. 
Este volume de ar necessita entrar na câmara de combustão na proporção correta em 
relação ao combustível queimado. 
Se a proporção de ar e combustível não for mantida haverá insuficiência ou excesso 
de ar e, consequentemente, perda de eficiência no processo. 
Determinados combustíveis exigem maior ou menor excesso de ar, já que a 
combustão perfeita é quase impraticável. Partindo-se de uma análise elementar de 
um óleo combustível, chegou-se à conclusão que um quilo de óleo ao queimar, 
necessita de, aproximadamente, 13,6 kg de ar. Como na prática não se consegue 
uma atomização perfeita nem se garante que todo o ar admitido possa misturar-se 
intimamente com o óleo durante o processo de combustão, é normal admitir-se um 
excesso de ar, além do teóricamente necessário, a fim de se garantir a queima 
perfeita do combustível. Logicamente é necessário controlar esse excesso de ar, de 
forma tal que ele atinja níveis mínimos, pois o ar que não participa de combustão 
tende a retirar calor da chama, sem contribuir para a reação, além do que, estaremos 
aquecendo um volume de ar desnecessariamente, o que implicará num aumento de 
velocidade de circulação dos gases quentes, com conseqüente perda de calor pela 
chaminé. 
 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 87 
 
7.4 CONTROLE DE AR EM EXCESSO E EM FALTA 
A forma mais prática e rápida de se calcular o calor perdido através dos gases de 
combustão é pela medição de sua temperatura na base da chaminé, associando-se ao 
teor de CO2 medido no mesmo ponto. 
Como foi visto, sabemos que o excesso de ar reduz a percentagem de CO2 presente 
nos gases de combustão, pois para o mesmo volume de CO2 teremos aumentado o 
volume total dos gases. 
As medições do teor de CO2 nos gases de combustão são efetuadas por meio de um 
medidor de CO2 tipo “Firyte” ou “Orsat”. Esse tipo de medidor de CO2 funcionam 
pela absorção deste gás por uma solução de hidróxido de potássio concentrada 
contida numa coluna graduada, que fornece o teor de CO2 por leitura direta. Com a 
determinação dos valores de CO2 e temperatura, obteremos informações tais como: 
a perda percentual de calor pela chaminé e a percentagem de excesso de ar. 
 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 88 
 
8. ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO DAS CALDEIRAS 
As águas de alimentação de caldeiras provêm de fontes naturais como poços, lagos, 
córregos, rios, e de outros mananciais contendo reservas deste fluido. 
Conforme a sua procedência, tais águas podem conter diferentes produtos 
dissolvidos ou em suspensão, em concentrações bem diversas. 
O emprego direto das águas “in natura”, como água de alimentação de caldeiras, 
implica num processo de evaporação da fase líquida, com conseqüentes 
concentrações dos produtos minerais dissolvidos. 
Outros produtos, entretanto, também se liberam, tais como gases dissolvidos 
existentes na fonte fornecedora ou mesmo resultante da decomposição de matérias 
orgânicas igualmente presentes. 
Os resíduos, após a evaporação da fase líquida, formam depósitos sobre as 
superfícies metálicas das caldeiras, com aderências de diferentes tipos, de 
conformidade com a natureza do material acumulado. Certos produtos depositados, 
permanecem na forma de um lodo de fácil remoção; outros se incorporam a própria 
parte metálica na forma de resíduos resistentes, de remoção mais difícil, 
constituindo um depósito denominado pêlos caldeireiros de incrustações.Como esses depósitos incrustantes, são fracos condutores de calor, seu acúmulo 
sobre as superfícies metálicas tendem a criar maiores resistências ao escoamento do 
calor, contribuindo para uma sensível diminuição do Coeficiente de Condutividade 
entre os gases quentes e a água situada no interior da tubulação. Evidentemente, 
diante de uma condição de trabalho que prejudica a troca de calor entre os fluidos 
do processo, a caldeira, passa a produzir menor quantidade de vapor e a apresentar 
uma diminuição no seu rendimento térmico. 
8.1 UNIDADES ADOTADAS 
A unidade mais universal para exprimir a concentração das substâncias em solução 
nas águas naturais é o ppm, ou seja, partes por milhão. 
Conhecem-se outras unidades mais comuns nas análises inglesas: 
gpg= grãos americanos por galão 
pts/100.000= partes por 100.000 partes de água 
gpg imp= grãos por galão inglês 
 
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Entre as diferentes unidades há as seguintes equivalências: 
1 gpg = 17,1 ppm 
1 ppm= 1 mg/l = 1 g/m
3
 
1 ppm = 0,0583 gpg = 0,07 gpg imp = 10lb/1.000.000 galões ingleses 
As análises são sempre feitas com referência ao volume de água e não ao pêso, 
assumindo o pêso de 1 kg por cada litro de água sem levar em conta a correção pela 
temperatura. 
8.2 ANÁLISE DA ÁGUA 
Toda água de alimentação deve ser conhecida e controlada. Baseado no fato de se 
conhecer quais as impurezas normais das águas naturais, foram formulados 
métodos simplificados suficientemente satisfatórios para assegurar um controle 
rotineiro. 
O método consiste na determinação dos seguintes valores: 
 dureza 
 alcalinidade 
 cloretos 
 fosfatos 
 pH 
Certas águas obrigam a determinação de outros dados como sejam: 
 sólidos totais 
 resíduos calcinado 
 matéria orgânica 
 concentração de O2 livre. 
 sílica. 
 Dureza - O grau de dureza exprime a concentração dos sais de cálcio seja na 
forma de carbonato, sulfato silicato ou cloreto. Pode ser expressa em grau 
alemão, francês ou inglês, entre os quais há uma relação: 
 
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Grau F = 0,5 grau A Grau A = 0,7 grau I 
O grau F eqüivale a 10 mg CaCO3/litro 
O grau I eqüivale a 14,3 mg CaCO3/litro 
O grau A eqüivale a 10mg CaCO3/litro 
 Alcalinidade - Exprime a presença de ions dos sais de bicarbonato, carbonatos, 
hidróxidos, fosfatos, silicatos, etc., ou seja, todos os que contribuem para a 
alcalinidade da água. Destes os mais expressivos são os carbonatos e 
hidróxidos. 
 Cloretos - São geralmente muito solúveis, sejam de cálcio, magnésio, sódio, 
ferro e outros. Sua determinação se faz com solução de Nitrato de Prata N10 
padrão empregando como indicador o Cromato de Potássio. Estes sais, por serem 
altamente solúveis permitem, em primeira aproximação, estabelecer a 
porcentagem de descarga da caldeira. 
 Fosfatos - Os sais de fosfatos são auxiliares valiosos no tratamento de água. 
Geralmente não comparecem nas águas naturais. Sua determinação se processa 
com reagente de molibdato de amônio. 
A concentração é feita por teste colorimetrico comparativo com escala padrão. A 
intensidade da côr é proporcional à concentração do fosfato. A escala 
comparativa já indica a concentração dos fosfatos. 
 pH - Indica a acidez ou alcalinidade das águas. As águas naturais são geralmente 
ligeiramente ácidas: 6,3 - 6,5 pH. 
O pH é determinado por escala comparativa de indicadores padrões. 
 Matéria orgânica - Podem comparecer nas águas na forma coloidal ou de algas 
microscópicas, respondendo por sérios problemas de corrosões nos 
superaquecedores e também nas caldeiras. Sua determinação se faz pelo 
processo do permanganato. 
 Gases dissolvidos - As águas naturais contém sempre gases dissolvidos. O CO2 
se apresenta com concentração até 50 ppm, porém, facilmente eliminável por 
aquecimento. A solubilidade do oxigênio chega a ser até 5,7 ml/l à 25ºC. O 
oxigênio é extremamente agressivo, atacando o metal da caldeira. O aumento da 
temperatura da água acentua a agressividade deste gás. Sua determinação, para 
caldeiras de pressões mais elevadas, acima de 21 kg/cm
2
 é obrigatória. 
O método para determinação do oxigênio exige cuidados especiais e deve-se a 
Winkler baseado na rápida ação oxidante do elemento em soluções de hidróxido 
manganoso Mn (OH)2. 
 
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 Sílica - É responsável pelas incrustações mais difíceis de serem removidas das 
superfícies metálicas. Sua determinação se faz por processo quantitativo. 
 Sólidos totais - É a soma dos sólidos em suspensão e dos sólidos dissolvidos. Os 
sólidos totais são uma medida da possibilidade de formação de espuma, arraste 
de sílica volátil e formação de depósitos. Supondo que o tratamento d’água está 
obtendo o máximo de eficiência possível, é necessário purgar a caldeira para 
reduzir sua concentração. Esta purga é realizada pela extração de superfície, que 
é uma purga contínua e, quando necessário, pela extração de fundo, que é uma 
purga intermitente, limitando assim a concentração de sólidos totais admissíveis 
na água de caldeira, cujo teor tolerável é inversamente proporcional à pressão de 
operação, como se segue: 
8.3 TRATAMENTOS E APARELHAGENS 
Basicamente apresenta-se em dois métodos sempre associados, o primeiro método 
denominado de TRATAMENTO EXTERNO, proporciona o melhoramento da 
qualidade da água antes de sua introdução no gerador de vapor. O outro método é 
chamado de TRATAMENTO INTERNO realizando as reações químicas de 
tratamento no interior da própria caldeira. 
8.3.1 TRATAMENTOS EXTERNOS 
O primeiro passo no tratamento da água é sua clarificação a fim de remover todas as 
partículas sólidas existentes em suspensão responsáveis pela sua turbidez. 
O método tradicional de simples filtração só obtém resultado quando a água 
procede de poços artesianos profundos, os quais as vezes já dispõe de uma água 
límpida, embora fortemente carregada de sais dissolvidos. 
Nessa hipótese, a aplicação de um filtro de areia aberto com remoção das impurezas 
por gravidade ou uma variante de filtro auto lavável, também aberto, atendem as 
necessidades do processo. Na ausência de espaço para se instalar um filtro deste 
tipo, se recorre a um filtro de camadas de areia e antracito, fechado, compacto que 
promove a circulação da água sob pressão até no máximo de 10 m c.a. (vide 
fig.8.1). Quando a pressão interna do vaso do filtro acusa valores superiores a 
pressão atrás indicada promove-se uma inversão do fluxo da água que passa a 
circular no sentido ascendente, arrastando para o esgoto todo o material acumulado 
sobre a camada superior de areia. Esta operação se prolonga até o visor existente 
no circuito, acusar passagem de água límpida, com duração aproximada de 5 a 10 
minutos. 
 
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Fig.8.1 
Naturalmente durante esta limpeza o suprimento de água fica interrompido, razão 
pela qual, ser de boa norma, instalar dois aparelhos em paralelo.Enquanto um 
deles atende a operação de limpeza, o segundo continua suprindo água ao processo. 
A periodicidade da operação limpeza depende da qualidade da água, porém, na 
maioria dos casos não ultrapassa 24 horas com um mínimo de 12 horas. 
Todavia, a turbidez da água igualmente se deve a presença de matérias coloidais 
dificilmente retidas nos filtros anteriores. Esta ocorrência é comum nos mananciais 
de superfícies que agregam águas correntes com todos os tipos de rejeitos por onde 
passam, humanos, vegetais e minerais. 
Dificilmente hoje se encontra um córrego, rio ou lago que disponha de água límpida 
sendo forçoso o acréscimo de um pré tratamento, antes da filtração, denominado 
clarificação. 
Os aparelhos clarificadores recebem a água bruta tal qual procedem das fontes de 
suprimento juntamente com agentes coaguladores que promovem a formação de 
flocos gelatinosos dotados de grande capacidade de absorção das impurezas 
existentes no fluido. 
 
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Os agentes coagulantes minerais mais divulgados são compostos de ferro e de 
alumínio estes últimos de maior aplicação. 
O hidróxido de alumínio formado no aparelho com o aspecto de flocos gelatinosos 
vão paulatinamente decantando, arrastando para o fundo do aparelho toda a turbidez 
da água. 
Os aparelhos destinados a formar os flocos são denominados floculadores, os 
destinados a decantar são os decantadores. As duas funções podem ser verificar 
num único aparelho denominado Clarificador. A figura 8.2 mostra um esquema de 
um decantador estático tipo cilíndrico cônico. 
 
Decantador Cilindrico Cônico 
Fig.8.2 
 
A água límpida a seguir deve ser submetida a outros tratamentos para eliminar as 
impurezas dissolvidas. Serão parâmetros determinantes na decisão do processo de 
tratamento a ser adotado, a qualidade da água, a pressão da caldeira e a pureza do 
vapor. 
Determinadas águas uma vez isentas de turbidez, podem ser introduzidas 
diretamente no interior das unidades geradoras de vapor de baixa pressão, e ali 
serem submetidas ao chamado tratamento interno descrito páginas adiante. 
 
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Caldeiras de maior responsabilidades, principalmente aquelas que se destinam a 
suprir vapor para centrais térmicas exigem águas absolutamente isentas de 
impurezas. 
A segunda etapa dos tratamentos externos praticados pela tecnologia, encontram-se 
aqueles que promovem apenas o abrandamento da água, ou seja, que eliminam a 
sua dureza, e outros projetados para fornecer uma água totalmente desmineralizada. 
Em ambos, em seguida, se acrescenta a desgaseificação. 
8.3.1.1 ABRANDAMENTO 
Existem na literatura diversos métodos para se obter o abrandamento da água, 
dentre eles o mais difundido atualmente é o abrandamento por troca de íons. Este 
método se baseia na propriedade de certas areias naturais que imersas em água 
provocam um intercâmbio de íons. 
O abrandamento da água consiste em passar a água dura através de uma coluna de 
resina aniônica a base de sódio. O sódio presente na resina substituí o cálcio e o 
magnésio da água num processo contínuo até o seu exaurimento, momento a partir 
do qual se torna forçoso a regeneração. Neste estágio se interrompe a passagem da 
água a ser tratada substituíndo-a por uma solução de cloreto de sódio a qual 
recompõe o cátion consumido e remove o cálcio e o magnésio do aparelho 
diretamente para o esgoto. Feita a regeneração, volta a operação.do ciclo de 
tratamento. A figura 8.3 -a exibe um aparelho abrandador de um estágio, com 
tanque de salmoura para regeneração e todas as tubulações de operação, já a figura 
8.3-b representa o corte em perspectiva de um abrandador de leito misto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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 (a) (b) 
a) Instalação de abrandador de um Estágio, b) Corte em Perspectiva de um 
Permutador Abrandador de Leito Mixto. 
Fig.8.3 
 
8.3.1.2 DESMINERALIZAÇÃO 
Efetuada sobre uma série de trocadores de ;íons, é o tratamento escolhido para a 
alimentação das caldeiras com pressões acima de 40kgf/cm
2
, especialmente quando 
estas caldeiras comportam superaquecedores ou alimentam turbinas, caso nas usinas 
térmicas para geração de potência. 
Uma unidade para suprimento de água desmineralizada contém os aparelhos de 
troca aniônicos e catiônicos, conforme a exigência da qualidade da água e se 
complementa com outros aparelhos como preparadores das soluções regenerativas, 
bombas dosadoras e aparelhos registradores. 
 
 
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8.3.1.3 DESGASEIFICAÇÃO 
Tem a finalidade de eliminar todos os gases ainda dissolvidos na fase líquida, para a 
atmosfera, como por exemplo o oxigênio, gás carbônico, sulfídrico e outros. 
A eliminação dos gases Normalmente é executada por aparelhagem específica, 
denominada DEGASEADOR. 
Todavia, unidades que operam com baixas pressões, podem dispensar o acréscimo 
da aparelhagem, adotando métodos químicos para atenuar o efeito corrosivo, 
sobretudo o oxigênio. 
Os produtos mais difundidos neste tipo de tratamento são o Sulfito de Sódio e a 
Hidrazina. 
A Hidrazina simples ou catalizada vem sendo mais utilizada para neutralizar a 
corrosão do oxigênio, porquanto ela seqüestra este gás dissolvido na água. 
 Aparelhos Desgaseificadores 
O degaseador a pulverização (Vide figura 8.4) dispersa a água em finas gotas 
através de pulverizadores na câmara de vapor do aparelho proporcionando um 
aumento da superfície de contato das fases. 
O degaseador de cascata, também conhecido como tipo de bandejas, operam em 
contra corrente, despejando a água a partir de um distribuidor superior na forma de 
múltiplas cascatas através do qual o vapor flui em sentido contrário. A fase líquida 
se aquece ao longo do percurso até se acumular no vaso de reserva. O vapor, parte 
condensa parte escoa pelo escape na atmosfera arrastando consigo os gases 
incondensáveis. 
Uma variação mais moderna deste tipo, aplica bandejas perfuradas de forma a criar 
uma série de jatos cilíndricos de água em queda vertical aumentando a superfície de 
contato das fases, conforme esquema da fig.8.5. 
 
 
 
 
 
 
 
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Esquema de um degaseador a pulverização 
Fig.8.4 
 
 
 
 
 
 
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Degaseador de bandejas perfuradas 
Fig.8.5 
Os gases incondensáveis são arrastados pelas bolhas de vapor em excesso para a 
coluna do aparelho que dispõe de uma distribuição daágua de ingresso na forma de 
cascatas. 
O aparelho deste tipo precisa ser rigidamente fixado a base, e todos os acessórios 
firmemente atados, dado que a injeção do vapor diretamente no fundo do vaso cheio 
de água fria, no início do processo de aquecimento provoca fortes golpes de aríete 
pela instântanea condensação do vapor. 
As melhores construções destes aparelhos contém em cada orifício de distribuição 
do vapor um misturador para atenuar os efeitos da forte trepidação resultante do 
golpe de aríete. 
Deve-se acrescentar na instalação destes aparelhos, uma série de acessórios de 
controle de nível, da pressão interna de operação, da pressão do vapor de injeção, 
manômetros e termômetros, indicadores de nível, bem como, a providência de 
adequado isolamento. 
 
 
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Na maioria das instalações de degaseamento, o aparelho opera com uma pressão 
interna ligeiramente superior a pressão atmosférica, de conformidade com a 
temperatura desejada na água degaseada. 
8.3.1.4 REMOÇÃO DA SÍLICA 
Como já foi observado anteriormente, a sílica está presente na água como ácido 
salicílico e silicatos solúveis. Forma incrustações de difícil remoção que podem ser 
retirados pelo tratamento com óxidos por troca iônica. 
8.3.2 TRATAMENTO INTERNO 
Aplica-se em água de baixa dureza, não turvas, adicionando-se produtos químicos 
que reagem no interior da caldeira. 
Há varias composições no mercado, cujas doses são prescritas pêlos fabricantes em 
função das impurezas encontradas pela análise da água. 
O produto básico destas composições, porém, é o trifosfato de sódio. 
É o método mais econômico que consiste em adicionar uma solução dos sais de 
tratamento no próprio tanque de alimentação de água ou no tubo de injeção desta, 
no interior da caldeira, mediante um dosador contínuo. 
As reações do fosfato no interior da caldeira precipitam os sais de cálcio, numa 
forma não aderente a superfície metálica e tornam altamente solúveis os sais que 
davam dureza a água. 
O precipitado formado pelas reações, sob forma de um lodo, depositam-se nas 
partes inferiores da caldeira, de onde são eliminados por meio de descargas 
intermitentes. 
8.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Apesar do tratamento mais rigoroso que se possa adotar, é impossível eliminar da 
água todos os sais em solução. Excetua-se o método da distilação. 
A caldeira com a água que produz vapor, portanto, vai acumulando e concentrando 
os sais que ingressam com a água. A concentração deve ser mantida até o limite de 
solubilidade a partir do qual há precipitações que concorrem para incrustração, 
arraste de partículas sólidas pelo vapor e formação de espuma. 
 
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É a descarga da caldeira que mantém a concentração destes sais dentro dos limites 
convenientes, além de arrastar o lodo que se acumula nas partes inferiores da 
caldeira. 
 FORMAÇÃO DE ESPUMA E ARRASTE. 
O arraste consiste de diminutas gotículas de água que são carregadas pelo vapor no 
momento que este se desprende da superfície da água. Em condições normais de 
operação, o arraste de água é uma possibilidade remota pois os internos do tubulão 
superior são projetados para evitar que isto ocorra. Entretanto, pode ocorrer este 
tipo de arraste se houver: 
 danos nos aparelhos separadores de vapor 
 nível alto no tubulão 
 variação brusca de carga 
 presença de espuma no tubulão superior 
A formação de espuma é devida a concentração de produtos químicos provocando 
redução de tensão superfícial da película de água que envolvem as bolhas de vapor 
em geração. As causas da formação espuma são: 
 excessiva concentração de sólidos na água 
 excessiva alcalinidade cáustica 
 matéria orgânica em suspensão na água como óleo, graxas, etc. 
Assim, os produtos químicos são lançados no espaço de vapor e carregados por ele. 
A intensidade desta espuma depende da natureza dos compostos químicos na água 
da caldeira. O problema de arraste provoca a formação de depósitos no 
superaquecedor, nas pás das turbinas e no sistema de condensado, além de 
problemas de corrosão e erosão, nas caldeiras aquotubulares. 
Outro contaminante indesejável é o óleo ou graxa presentes na água de caldeiras os 
quais são grandes formadores de espuma. Formam também uma película isolante 
sobre a superfície interna dos tubos da caldeira provocando superaquecimento. 
Dependendo da temperatura, podem ser carbonizados resultando uma deposição de 
carbono na caldeira. 
 
 
 
 
 
 
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TGM- 42 – CALDEIRAS - Apostila Fevereiro/ 98 101 
 
10. BIBLIOGRAFIA 
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